Sənətkarlıq

Yavaş işıq. Niyə işığın sürəti barmaqlarınızda sabitdir™ Bir mühitdə işığın sürətini necə təyin etmək olar

İşığın sürəti işığın vahid vaxtda keçdiyi məsafədir. Bu dəyər işığın yayıldığı maddədən asılıdır.

Vakuumda işığın sürəti 299.792.458 m/s-dir. Bu, əldə edilə biləcək ən yüksək sürətdir. Xüsusi dəqiqlik tələb etməyən məsələlərin həlli zamanı bu qiymət 300 000 000 m/s-ə bərabər götürülür. Bütün növ elektromaqnit şüalanmalarının vakuumda işıq sürəti ilə yayıldığı güman edilir: radio dalğaları, infraqırmızı şüalanma, görünən işıq, ultrabənövşəyi şüalanma, rentgen şüaları, qamma şüalanma. Bir məktubla təyin olunur ilə .

İşığın sürəti necə təyin olundu?

Qədim dövrlərdə alimlər işığın sürətinin sonsuz olduğuna inanırdılar. Sonralar bu məsələ ilə bağlı alimlər arasında müzakirələr başladı. Kepler, Dekart və Fermat qədim alimlərin fikri ilə razılaşırdılar. Qalileo və Huk hesab edirdilər ki, işığın sürəti çox yüksək olsa da, hələ də sonlu bir dəyərə malikdir.

Galileo Galilei

İşıq sürətini ölçməyə ilk cəhd edənlərdən biri italyan alimi Qalileo Qalileydir. Təcrübə zamanı o və köməkçisi müxtəlif təpələrdə olublar. Qalileo fənərinin pərdəsini açdı. Köməkçi bu işığı görən anda öz fənəri ilə eyni hərəkətləri etməli oldu. İşığın Qalileydən köməkçiyə və geriyə keçməsi üçün lazım olan vaxt o qədər qısa oldu ki, Qalileo anladı ki, işığın sürəti çox yüksəkdir və işıq hərəkət etdiyi üçün onu belə qısa məsafədə ölçmək mümkün deyil. demək olar ki, dərhal. Və qeyd etdiyi vaxt yalnız insanın reaksiya sürətini göstərir.

İşıq sürəti ilk dəfə 1676-cı ildə Danimarka astronomu Olaf Roemer tərəfindən astronomik məsafələrdən istifadə edərək müəyyən edilmişdir. Yupiterin peyki Io-nun tutulmasını müşahidə etmək üçün teleskopdan istifadə edərək, o, Yer Yupiterdən uzaqlaşdıqca hər bir sonrakı tutulmanın hesablanmışdan gec baş verdiyini kəşf etdi. Yer Günəşin digər tərəfinə keçdikdə və Yupiterdən Yer orbitinin diametrinə bərabər məsafədə uzaqlaşdıqda maksimum gecikmə 22 saatdır. O zaman Yerin diametri dəqiq bilinməsə də, alim onun təxmini dəyərini 22 saata bölərək təxminən 220.000 km/s dəyər əldə edib.

Olaf Roemer

Römerin əldə etdiyi nəticə alimlər arasında inamsızlığa səbəb olub. Lakin 1849-cu ildə fransız fiziki Armand Hippolyte Louis Fizeau fırlanan çekim metodundan istifadə edərək işığın sürətini ölçdü. Onun təcrübəsində mənbədən gələn işıq fırlanan təkərin dişləri arasından keçərək güzgüyə yönəldilib. Ondan fikirləşərək geri qayıtdı. Təkərin fırlanma sürəti artdı. Müəyyən bir dəyərə çatdıqda, güzgüdən əks olunan şüa hərəkət edən diş tərəfindən gecikdirildi və müşahidəçi bu anda heç nə görmədi.

Fizeau təcrübəsi

Fizeau işığın sürətini aşağıdakı kimi hesabladı. İşıq öz yolu ilə gedir L bərabər vaxtda təkərdən güzgüyə qədər t 1 = 2L/c . Təkərin ½ yuvaya dönməsi üçün tələb olunan vaxtdır t 2 = T/2N , Harada T - təkərin fırlanma müddəti, N - dişlərin sayı. Fırlanma tezliyi v = 1/T . Müşahidəçinin işığı görmədiyi an o zaman baş verir t 1 = t 2 . Buradan işığın sürətini təyin etmək üçün düsturu alırıq:

c = 4LNv

Bu düsturdan istifadə edərək hesablamalar aparan Fizeau müəyyən etdi ki ilə = 313.000.000 m/s. Bu nəticə daha dəqiq idi.

Armand Hippolyte Louis Fizeau

1838-ci ildə fransız fiziki və astronomu Dominik Fransua Jan Araqo işığın sürətini hesablamaq üçün fırlanan güzgü metodundan istifadə etməyi təklif etdi. Bu ideyanı 1862-ci ildə işıq sürətinin (298.000.000±500.000) m/s qiymətini əldə edən fransız fiziki, mexaniki və astronomu Jan Bernard Leon Fuko həyata keçirmişdir.

Dominik Fransua Jan Araqo

1891-ci ildə amerikalı astronom Simon Newcomb-un nəticəsi Fukonun nəticəsindən daha dəqiq böyüklük sırası olduğu ortaya çıxdı. Onun hesablamaları nəticəsində ilə = (99,810,000±50,000) m/s.

Fırlanan səkkizbucaqlı güzgüyə malik qurğudan istifadə edən amerikalı fizik Albert Abraham Michelsonun araşdırması işığın sürətini daha dəqiq müəyyən etməyə imkan verdi. 1926-cı ildə alim 35,4 km-ə bərabər olan iki dağın zirvəsi arasındakı məsafəni qət etmək üçün işığın sərf etdiyi vaxtı ölçdü və əldə etdi. ilə = (299,796,000±4,000) m/s.

Ən dəqiq ölçmə 1975-ci ildə həyata keçirilmişdir. Həmin il Çəkilər və Ölçülər üzrə Baş Konfransda işığın sürətinin 299.792.458 ± 1,2 m/s-ə bərabər hesab edilməsi tövsiyə edilmişdir.

İşığın sürəti nədən asılıdır?

Vakuumda işığın sürəti nə istinad çərçivəsindən, nə də müşahidəçinin mövqeyindən asılı deyil. Sabit qalır, 299,792,458 ± 1,2 m/s-ə bərabərdir. Lakin müxtəlif şəffaf mühitlərdə bu sürət onun vakuumdakı sürətindən aşağı olacaq. İstənilən şəffaf mühitin optik sıxlığı var. Və nə qədər yüksəkdirsə, işığın sürəti bir o qədər yavaş yayılır. Məsələn, işığın havadakı sürəti sudakı sürətindən yüksəkdir, təmiz optik şüşədə isə sudan aşağıdır.

Əgər işıq daha az sıx mühitdən daha sıx mühitə keçirsə, sürəti azalır. Və keçid daha sıx bir mühitdən daha az sıx bir mühitə baş verərsə, sürət, əksinə, artır. Bu, işıq şüasının iki media arasındakı keçid sərhədində niyə əyildiyini izah edir.

Sürəti (qətilən məsafə/keçirilən vaxt) müəyyən etmək üçün məsafə və vaxt standartlarını seçməliyik. Fərqli standartlar fərqli sürət ölçmələri verə bilər.

İşığın sürəti sabitdirmi?

[Əslində, incə struktur sabiti enerji miqyasından asılıdır, lakin burada biz onun aşağı enerji limitini nəzərdə tuturuq.]

Xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi

SI sistemində sayğacın tərifi də nisbilik nəzəriyyəsinin düzgünlüyünün fərziyyəsinə əsaslanır. Nisbilik nəzəriyyəsinin əsas postulatına uyğun olaraq işığın sürəti sabitdir. Bu postulatda iki fikir var:

İşığın sürəti müşahidəçinin hərəkətindən asılı deyil.
İşığın sürəti zaman və məkandakı koordinatlardan asılı deyil.

İşığın sürətinin müşahidəçinin sürətindən asılı olmaması fikri əks-intuitivdir. Bəzi insanlar hətta bu fikrin məntiqli olması ilə razılaşa bilmirlər. 1905-ci ildə Eynşteyn göstərdi ki, fəza və zamanın mütləq təbiəti fərziyyəsindən imtina edilərsə, bu ideya məntiqi cəhətdən düzgündür.

1879-cu ildə səsin havada və digər maddələrdən keçdiyi kimi işığın kosmosda hansısa mühitdən keçməsi lazım olduğuna inanılırdı. Michelson və Morley Yerin Günəşə nisbətən hərəkət istiqaməti il boyu dəyişdikdə işıq sürətinin dəyişməsini müşahidə edərək efiri aşkar etmək üçün təcrübə aparmışdır. Onların təəccübünə görə, işıq sürətində heç bir dəyişiklik aşkar edilmədi.

Rəngindən, dalğa uzunluğundan və ya enerjisindən asılı olmayaraq, işığın vakuumda yayılma sürəti sabit qalır. Məkan və zamandakı yerdən və istiqamətlərdən asılı deyil

Kainatda heç bir şey vakuumda işıqdan daha sürətli hərəkət edə bilməz. saniyədə 299 792 458 metr. Kütləvi hissəcikdirsə, o, yalnız bu sürətə yaxınlaşa bilər, ona çata bilməz; kütləsiz hissəcikdirsə, boş fəzada baş verərsə, həmişə məhz bu sürətlə hərəkət etməlidir. Bəs biz bunu necə bilirik və bunun səbəbi nədir? Bu həftə oxucumuz bizə işıq sürəti ilə bağlı üç sual verir:

Niyə işığın sürəti məhduddur? O niyə belədir? Niyə daha sürətli və daha yavaş deyil?

19-cu əsrə qədər bizdə bu məlumatların təsdiqi belə yox idi.

Prizmadan keçən və fərqli rənglərə ayrılan işığın təsviri.

İşıq sudan, prizmadan və ya hər hansı digər mühitdən keçəndə müxtəlif rənglərə ayrılır. Qırmızı rəng mavi rəngdən fərqli bir açı ilə qırılır, buna görə də göy qurşağı kimi bir şey görünür. Bu, görünən spektrdən kənarda da müşahidə edilə bilər; infraqırmızı və ultrabənövşəyi işıq eyni şəkildə davranır. Bu, yalnız mühitdəki işığın sürəti müxtəlif dalğa uzunluqlu/enerjili işıq üçün fərqli olduqda mümkün olardı. Ancaq vakuumda, hər hansı bir mühitdən kənarda, bütün işıq eyni sonlu sürətlə hərəkət edir.

İşığın rənglərə ayrılması, işığın dalğa uzunluğundan asılı olaraq mühitdən keçən müxtəlif sürətlərinə görə baş verir.

Bu, yalnız 19-cu əsrin ortalarında, fizik Ceyms Klerk Maksvell işığın əslində nə olduğunu göstərdiyi zaman həyata keçirildi: elektromaqnit dalğası. Maksvell ilk dəfə olaraq elektrostatika (statik yüklər), elektrodinamika (hərəkət edən yüklər və cərəyanlar), maqnitostatika (sabit maqnit sahələri) və maqnitodinamika (induksiya edilmiş cərəyanlar və dəyişən maqnit sahələri) müstəqil hadisələrini vahid, vahid platformaya yerləşdirdi. Onu idarə edən tənliklər - Maksvell tənlikləri - sadə görünən bir sualın cavabını hesablamağa imkan verir: elektrik və ya maqnit mənbələrindən kənarda boş fəzada hansı növ elektrik və maqnit sahələri mövcud ola bilər? Yüklər və cərəyanlar olmadan, heç birinin olmadığına qərar vermək olar - lakin Maksvell tənlikləri təəccüblü şəkildə bunun əksini sübut edir.

Abidənin arxasında Maksvell tənlikləri olan planşet

Heç bir şey mümkün həll yollarından biri deyil; lakin başqa bir şey də mümkündür - bir fazada salınan qarşılıqlı perpendikulyar elektrik və maqnit sahələri. Onların müəyyən amplitudaları var. Onların enerjisi sahə rəqslərinin tezliyi ilə müəyyən edilir. İki sabitlə müəyyən edilmiş müəyyən bir sürətlə hərəkət edirlər: ε 0 və µ 0. Bu sabitlər Kainatımızdakı elektrik və maqnit qarşılıqlı təsirlərinin böyüklüyünü müəyyən edir. Nəticədə yaranan tənlik dalğanı təsvir edir. Və hər hansı bir dalğa kimi, onun sürəti 1/√ε 0 µ 0 olur ki, bu da işığın vakuumdakı sürəti c-yə bərabərdir.

Bir fazada salınan və işıq sürəti ilə yayılan qarşılıqlı perpendikulyar elektrik və maqnit sahələri elektromaqnit şüalanmanı təyin edir.

Nəzəri baxımdan işıq kütləsiz elektromaqnit şüalanmasıdır. Elektromaqnetizm qanunlarına görə, digər xüsusiyyətlərindən (enerji, impuls, dalğa uzunluğu) asılı olmayaraq, c-yə bərabər olan 1/√ε 0 µ 0 sürətlə hərəkət etməlidir. ε 0 kondansatör hazırlamaq və ölçməklə ölçülə bilər; µ 0 dəqiq olaraq amperdən, elektrik cərəyanının vahidindən müəyyən edilir, bu da bizə c verir. İlk dəfə 1865-ci ildə Maksvell tərəfindən əldə edilən eyni fundamental sabit o vaxtdan bəri bir çox başqa yerlərdə ortaya çıxdı:

Bu, qravitasiya da daxil olmaqla hər hansı kütləsiz hissəcik və ya dalğanın sürətidir.
Bu, nisbilik nəzəriyyəsində kosmosdakı hərəkətinizi zamandakı hərəkətinizlə əlaqələndirən əsas sabitdir.
Və bu, enerjinin istirahət kütləsi ilə əlaqəli əsas sabitidir, E = mc 2

Römerin müşahidələri bizə həndəsədən istifadə etməklə və işığın Yerin orbitinin diametrinə bərabər məsafəni qət etməsi üçün lazım olan vaxtı ölçməklə əldə edilən işıq sürətinin ilk ölçülərini verdi.

Bu kəmiyyətin ilk ölçüləri astronomik müşahidələr zamanı aparılmışdır. Yupiterin peykləri tutulma mövqelərinə daxil olduqda və çıxdıqda, işıq sürətindən asılı olaraq müəyyən bir ardıcıllıqla Yerdən görünən və ya görünməz görünürlər. Bu, 17-ci əsrdə 2,2 × 10 8 m/s olduğu müəyyən edilmiş s-nin ilk kəmiyyət ölçülməsinə gətirib çıxardı. Ulduz işığının əyilməsi - ulduzun və teleskopun quraşdırıldığı Yerin hərəkəti ilə əlaqədar - rəqəmlə də təxmin edilə bilər. 1729-cu ildə bu c ölçmə üsulu müasirdən cəmi 1,4% fərqlənən bir dəyər göstərdi. 1970-ci illərə qədər c cəmi 0,0000002% xəta ilə 299,792,458 m/s olduğu müəyyən edilmişdir ki, bunun da çoxu bir metr və ya saniyəni dəqiq təyin edə bilməməkdən irəli gəlirdi. 1983-cü ilə qədər ikinci və sayğac c və atom radiasiyasının universal xassələri baxımından yenidən təyin olundu. İndi işığın sürəti düz 299.792.458 m/s-dir.

6S orbitalından atom keçidi, δf 1 işığın metrini, saniyəsini və sürətini təyin edir.

Bəs niyə işığın sürəti daha sürətli və ya daha yavaş deyil? İzahat Şəkildə göstərildiyi kimi sadədir. Yuxarıda bir atom var. Atom keçidləri təbiətin tikinti bloklarının əsas kvant xüsusiyyətlərinə görə baş verir. Atom nüvəsinin elektronların və atomun digər hissələrinin yaratdığı elektrik və maqnit sahələri ilə qarşılıqlı təsiri müxtəlif enerji səviyyələrinin bir-birinə son dərəcə yaxın olmasına, lakin yenə də bir qədər fərqli olmasına səbəb olur: buna hiperincə parçalanma deyilir. Xüsusilə, sezium-133-ün hiper incə struktur keçid tezliyi çox xüsusi bir tezlikdə işıq saçır. 9.192.631.770 belə dövrün keçməsi üçün lazım olan vaxt ikincini müəyyən edir; işığın bu müddət ərzində keçdiyi məsafə 299.792.458 metrdir; Bu işığın yayılma sürəti c-ni təyin edir.

Bənövşəyi foton sarı fotondan milyon dəfə çox enerji daşıyır. Fermi Qamma-şüaları Kosmik Teleskopu qamma-şüa partlayışından bizə gələn fotonların heç birində gecikmə göstərmir ki, bu da bütün enerjilər üçün işığın sürətinin sabitliyini təsdiqləyir.

Bu tərifi dəyişdirmək üçün bu atom keçidinə və ya ondan gələn işığa indiki təbiətindən əsaslı şəkildə fərqli bir şey baş verməlidir. Bu nümunə bizə həm də dəyərli bir dərs verir: əgər atom fizikası və atom keçidləri keçmişdə və ya uzun məsafələrdə fərqli işləsəydi, işığın sürətinin zamanla dəyişdiyinə dair sübutlar olardı. İndiyə qədər bütün ölçmələrimiz yalnız işıq sürətinin sabitliyinə əlavə məhdudiyyətlər qoyur və bu məhdudiyyətlər çox sərtdir: dəyişiklik son 13,7 milyard il ərzində mövcud dəyərin 7% -dən çox deyil. Bu ölçülərdən hər hansı birinə görə, işığın sürəti sabit olmasaydı və ya müxtəlif işıq növləri üçün fərqli olsaydı, bu, Eynşteyndən bəri ən böyük elmi inqilaba səbəb olardı. Əksinə, bütün sübutlar işığın fizikası da daxil olmaqla, bütün fizika qanunlarının hər zaman, hər yerdə, bütün istiqamətlərdə, hər zaman eyni qaldığı bir Kainata işarə edir. Bu da müəyyən mənada kifayət qədər inqilabi məlumatdır.

19-cu əsrdə bir sıra yeni hadisələrin kəşfinə səbəb olan bir neçə elmi təcrübə aparıldı. Bu hadisələr arasında Hans Oerstedin elektrik cərəyanı ilə maqnit induksiyasının əmələ gəlməsinin kəşfini qeyd etmək olar. Daha sonra Michael Faraday elektromaqnit induksiya adlanan əks effekti kəşf etdi.

James Maxwell tənlikləri - işığın elektromaqnit təbiəti

Bu kəşflər nəticəsində “məsafədə qarşılıqlı təsir” adlanan şey qeyd olundu və nəticədə Vilhelm Veber tərəfindən tərtib edilmiş və uzun məsafəli fəaliyyətə əsaslanan yeni elektromaqnetizm nəzəriyyəsi yarandı. Daha sonra Maksvell elektromaqnit dalğası olan bir-birini yarada bilən elektrik və maqnit sahələri anlayışını müəyyənləşdirdi. Sonradan Maksvell tənliklərində "elektromaqnit sabiti" adlanandan istifadə etdi - ilə.

O vaxta qədər elm adamları işığın elektromaqnit təbiətli olduğuna artıq yaxınlaşmışdılar. Elektromaqnit sabitinin fiziki mənası elektromaqnit həyəcanlarının yayılma sürətidir. Ceyms Maksvellin özünün təəccübünə görə, vahid yüklər və cərəyanlar ilə aparılan təcrübələrdə bu sabitin ölçülmüş dəyəri vakuumda işığın sürətinə bərabər oldu.

Bu kəşfdən əvvəl bəşəriyyət işığı, elektriki və maqnitliyi bir-birindən ayırmışdı. Maksvellin ümumiləşdirməsi bizə işığın təbiətinə kosmosda müstəqil şəkildə yayılan elektrik və maqnit sahələrinin müəyyən fraqmenti kimi yeni nəzər salmağa imkan verdi.

Aşağıdakı şəkildə yüngül olan elektromaqnit dalğasının yayılması diaqramı göstərilir. Burada H maqnit sahəsinin gücü vektoru, E elektrik sahəsinin gücü vektorudur. Hər iki vektor həm bir-birinə, həm də dalğanın yayılma istiqamətinə perpendikulyardır.

Mişelson təcrübəsi - işıq sürətinin mütləqliyi

O dövrün fizikası əsasən Qalileonun nisbilik prinsipi üzərində qurulmuşdu, ona görə mexanika qanunları istənilən seçilmiş inertial istinad sistemində eyni görünür. Eyni zamanda, sürətlərin əlavə edilməsinə görə, yayılma sürəti mənbənin sürətindən asılı olmalıdır. Lakin bu halda elektromaqnit dalğası Galileonun nisbilik prinsipini pozan istinad çərçivəsinin seçimindən asılı olaraq fərqli davranacaqdı. Beləliklə, Maksvellin zahirən yaxşı formalaşmış nəzəriyyəsi sarsıntılı vəziyyətdə idi.

Təcrübələr göstərdi ki, işığın sürəti həqiqətən mənbənin sürətindən asılı deyil, yəni belə qəribə faktı izah edə biləcək bir nəzəriyyə tələb olunur. O dövrdə ən yaxşı nəzəriyyə "efir" nəzəriyyəsi oldu - səsin havada yayıldığı kimi işığın yayıldığı müəyyən bir mühit. Onda işığın sürəti mənbənin hərəkət sürəti ilə deyil, mühitin özünün - efirin xüsusiyyətləri ilə müəyyən ediləcəkdi.

Efirin kəşfi üçün bir çox təcrübələr aparılmışdır ki, bunlardan ən məşhuru amerikalı fizik Albert Mişelsonun təcrübəsidir. Bir sözlə, Yerin kosmosda hərəkət etdiyi məlumdur. O zaman onun da efirdən keçdiyini güman etmək məntiqlidir, çünki efirin Yerə tam bağlanması təkcə eqoizmin ən yüksək dərəcəsi deyil, sadəcə olaraq heç nəyə səbəb ola bilməz. Əgər Yer işığın yayıldığı müəyyən mühitdə hərəkət edirsə, onda sürətlərin əlavə edilməsinin burada baş verdiyini düşünmək məntiqlidir. Yəni işığın yayılması efirdən keçən Yerin hərəkət istiqamətindən asılı olmalıdır. Mişelson apardığı təcrübələr nəticəsində Yerdən hər iki istiqamətdə işığın yayılma sürəti arasında heç bir fərq aşkar etməmişdir.

Hollandiyalı fizik Hendrik Lorentz bu problemi həll etməyə çalışdı. Onun fərziyyəsinə görə, “efir küləyi” cisimlərə elə təsir edib ki, onlar hərəkət istiqamətində ölçülərini kiçildiblər. Bu fərziyyə əsasında həm Yer, həm də Mişelson cihazı bu Lorentz büzülməsini yaşadı və bunun nəticəsində Albert Mişelson işığın hər iki istiqamətdə yayılması üçün eyni sürəti əldə etdi. Lorentz efir nəzəriyyəsinin ölümünü gecikdirməkdə bir qədər müvəffəq olsa da, elm adamları hələ də bu nəzəriyyənin “uzaqlaşdığını” hiss edirdilər. Beləliklə, efirin çəkisizlik və hərəkət edən cisimlərə qarşı müqavimətin olmaması da daxil olmaqla bir sıra "nağıl" xüsusiyyətlərinə sahib olmalı idi.

Efirin tarixinin sonu 1905-ci ildə o vaxtlar az tanınan Albert Eynşteynin “Hərəkət edən cisimlərin elektrodinamikasına dair” məqaləsinin dərci ilə başa çatdı.

Albert Eynşteynin xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi

İyirmi altı yaşlı Albert Eynşteyn məkanın və zamanın təbiəti haqqında tamamilə yeni, fərqli bir fikir ifadə etdi, bu zamanın ideyalarına zidd idi və xüsusilə Qalileonun nisbilik prinsipini kobud şəkildə pozdu. Eynşteynə görə, Mişelson təcrübəsi müsbət nəticə vermədi, çünki məkan və zaman elə xüsusiyyətlərə malikdir ki, işıq sürəti mütləq qiymətdir. Yəni müşahidəçinin hansı istinad çərçivəsində olmasından asılı olmayaraq, işığın ona nisbətən sürəti həmişə eynidir, 300.000 km/san. Bundan işığa nisbətdə sürətlərin əlavə edilməsinin tətbiqinin qeyri-mümkünlüyünü izlədi - işıq mənbəyi nə qədər sürətlə hərəkət etsə də, işığın sürəti dəyişməyəcək (əlavə və ya çıx).

Eynşteyn işıq sürətinə yaxın sürətlə hərəkət edən cisimlərin parametrlərindəki dəyişiklikləri təsvir etmək üçün Lorentz büzülməsindən istifadə etdi. Beləliklə, məsələn, belə cisimlərin uzunluğu azalacaq və öz vaxtı yavaşlayacaq. Belə dəyişikliklərin əmsalı Lorentz faktoru adlanır. Eynşteynin məşhur düsturu E=mc 2əslində Lorentz amili də daxildir ( E= ymc 2), bədənin sürəti halında ümumiyyətlə birliyə bərabərdir v sıfıra bərabərdir. Bədən sürəti yaxınlaşdıqca v işıq sürətinə c Lorentz faktoru y sonsuzluğa doğru tələsir. Buradan belə çıxır ki, bir cismi işıq sürətinə çatdırmaq üçün sonsuz enerji tələb olunacaq və buna görə də bu sürət həddini keçmək mümkün deyil.

Bu ifadənin lehinə “eyni zamanlılığın nisbiliyi” adlı bir arqument də var.

SRT-nin eyni vaxtda nisbiliyinin paradoksu

Bir sözlə, eyni vaxtda nisbilik fenomeni ondan ibarətdir ki, kosmosun müxtəlif nöqtələrində yerləşən saatlar yalnız eyni inertial istinad sistemində olduqda “eyni anda” işləyə bilərlər. Yəni, saatda olan vaxt istinad sisteminin seçimindən asılıdır.

Buradan paradoks gəlir ki, A hadisəsinin nəticəsi olan B hadisəsi onunla eyni vaxtda baş verə bilər. Bundan əlavə, istinad sistemlərini elə seçmək olar ki, B hadisəsi ona səbəb olan A hadisəsindən daha tez baş versin. Ancaq bu hipotetik vəziyyət yalnız A və B hadisələri arasındakı məsafə onların arasındakı vaxt intervalının "elektromaqnit sabiti" ilə vurulduğu zamandan çox olduqda müşahidə olunur - ilə. Beləliklə, daimi c işıq sürətinə bərabər olan , informasiyanın ötürülməsinin maksimal sürətidir. Əks halda səbəbiyyət prinsipi pozulacaq.

İşığın sürəti necə ölçülür?

Olaf Roemer tərəfindən müşahidələr

Antik dövr alimləri, əksər hallarda işığın sonsuz sürətlə hərəkət etdiyinə inanırdılar və işığın sürətinin ilk təxminləri artıq 1676-cı ildə əldə edilmişdir. Danimarkalı astronom Olaf Roemer Yupiter və onun peyklərini müşahidə edib. Yer və Yupiter Günəşin əks tərəflərində olduğu anda Yupiterin peyki İo-nun tutulması hesablanmış vaxtla müqayisədə 22 dəqiqə gecikmişdir. Olaf Roemerin tapdığı yeganə həll işığın sürətinin məhdudlaşdırılmasıdır. Bu səbəbdən İo peykindən astronomun teleskopuna qədər olan məsafəni qət etmək bir qədər vaxt tələb etdiyi üçün müşahidə edilən hadisə haqqında məlumat 22 dəqiqə gecikir. Römerin hesablamalarına görə, işığın sürəti 220.000 km/san idi.

James Bradley tərəfindən müşahidələr

1727-ci ildə ingilis astronomu Ceyms Bredli işıq aberrasiyası fenomenini kəşf etdi. Bu hadisənin mahiyyəti ondan ibarətdir ki, Yer Günəş ətrafında hərəkət edərkən, eləcə də Yerin öz fırlanması zamanı gecə səmasında ulduzların yerdəyişməsi müşahidə olunur. Yerdəki müşahidəçi və Yerin özü müşahidə olunan ulduza nisbətən daim öz hərəkət istiqamətini dəyişdiyindən, ulduzun yaydığı işıq müxtəlif məsafələr qət edir və zamanla müşahidəçiyə müxtəlif bucaqlarla düşür. İşığın məhdud sürəti səmadakı ulduzların il boyu bir ellipsi təsvir etməsinə səbəb olur. Bu təcrübə Ceyms Bredliyə işığın sürətini - 308.000 km/s təxmin etməyə imkan verdi.

Louis Fizeau təcrübəsi

1849-cu ildə fransız fiziki Lui Fizeau işığın sürətini ölçmək üçün laboratoriya təcrübəsi keçirdi. Fizik Parisdə mənbədən 8633 metr məsafədə güzgü quraşdırıb, lakin Römerin hesablamalarına görə, işıq bu məsafəni saniyənin yüz mində birində keçəcək. Belə bir saat dəqiqliyi o zaman mümkün deyildi. Fizeau daha sonra mənbədən güzgüyə və güzgüdən müşahidəçiyə gedən yolda fırlanan, dişləri vaxtaşırı işığın qarşısını alan dişli çarxdan istifadə etdi. Mənbədən güzgüyə gedən işıq şüası dişlərin arasından keçib geri dönərkən dişə dəydikdə, fizik təkərin fırlanma sürətini iki dəfə artırdı. Təkərin fırlanma sürəti artdıqca, fırlanma sürəti saniyədə 12,67 dövrəyə çatana qədər işıq demək olar ki, itməyi dayandırdı. Bu anda işıq yenidən yox oldu.

Belə bir müşahidə o demək idi ki, işığın daim dişlərə “çarpması” və onların arasında “sürüşməyə” vaxtı yox idi. Təkərin fırlanma sürətini, dişlərin sayını və mənbədən güzgüyə qədər olan məsafəni iki dəfə bilən Fizeau işığın sürətini hesabladı və bunun 315.000 km/saniyəyə bərabər olduğu ortaya çıxdı.

Bir il sonra başqa bir fransız fiziki Leon Foucault oxşar təcrübə apararaq dişli çarx əvəzinə fırlanan güzgüdən istifadə etdi. Onun havadakı işığın sürəti üçün əldə etdiyi dəyər 298.000 km/s idi.

Bir əsr sonra Fizeau metodu o qədər təkmilləşdi ki, 1950-ci ildə E. Berqstrand tərəfindən aparılan oxşar təcrübə 299 793,1 km/s sürət verdi. Bu rəqəm işıq sürətinin indiki dəyərindən cəmi 1 km/s fərqlənir.

Əlavə ölçmələr

Lazerlərin yaranması və ölçmə vasitələrinin artan dəqiqliyi ilə ölçmə xətasını 1 m/s-ə qədər azaltmaq mümkün olmuşdur. Beləliklə, 1972-ci ildə Amerika alimləri təcrübələri üçün lazerdən istifadə etdilər. Lazer şüasının tezliyini və dalğa uzunluğunu ölçməklə onlar 299,792,458 m/s dəyər əldə edə biliblər. Diqqətəlayiqdir ki, vakuumda işığın sürətinin ölçülməsinin dəqiqliyini daha da artırmaq, alətlərin texniki qüsurlarına görə deyil, sayğac standartının özünün səhvinə görə mümkün deyildi. Bu səbəbdən 1983-cü ildə Çəkilər və Ölçülər üzrə XVII Baş Konfransda sayğac işığın vakuumda 1/299.792.458 saniyəyə bərabər vaxtda keçdiyi məsafə kimi müəyyən edilmişdir.

Gəlin ümumiləşdirək

Beləliklə, yuxarıda deyilənlərin hamısından belə çıxır ki, vakuumda işığın sürəti bir çox fundamental nəzəriyyələrdə görünən əsas fiziki sabitdir. Bu sürət mütləqdir, yəni istinad sisteminin seçimindən asılı deyil, həm də informasiyanın ötürülməsinin maksimal sürətinə bərabərdir. Bu sürətlə təkcə elektromaqnit dalğaları (işıq) deyil, bütün kütləsiz hissəciklər də hərəkət edir. O cümlədən, ehtimal ki, qraviton, qravitasiya dalğalarının bir hissəciyi. Digər şeylər arasında, relativistik təsirlərə görə, işığın öz vaxtı sözün həqiqi mənasında dayanır.

İşığın bu cür xassələri, xüsusən də ona sürətlərin əlavə edilməsi prinsipinin tətbiq edilməməsi başın içinə sığmır. Bununla belə, bir çox təcrübələr yuxarıda sadalanan xassələri təsdiqləyir və bir sıra fundamental nəzəriyyələr məhz işığın bu təbiətinə əsaslanır.

Necə ölçülməsi, eləcə də işığın sürətinin nə olduğu mövzusu qədim zamanlardan elm adamlarını maraqlandırır. Bu, qədim zamanlardan elmi müzakirə obyektinə çevrilmiş çox maraqlı bir mövzudur. Belə bir sürətin sonlu, əlçatmaz və sabit olduğuna inanılır. O, sonsuzluq kimi əlçatmaz və daimidir. Eyni zamanda, sonludur. Maraqlı fiziki və riyazi tapmaca olduğu ortaya çıxır. Bu problemi həll etmək üçün bir variant var. Axı işığın sürəti hələ də ölçülürdü.

Qədim dövrlərdə mütəfəkkirlər buna inanırdılar işıq sürəti- bu sonsuz kəmiyyətdir. Bu göstəricinin ilk qiymətləndirilməsi 1676-cı ildə verilmişdir. Olaf Roemer. Onun hesablamalarına görə, işığın sürəti təxminən 220 min km/s idi. Bu, tamamilə dəqiq bir dəyər deyildi, lakin həqiqətə yaxın idi.

Sonluq və işığın sürətinin təxminləri yarım əsr sonra təsdiqləndi.

Gələcəkdə alim Fizeauİşığın sürətini şüanın dəqiq məsafə qət etdiyi vaxtdan müəyyən etmək mümkün idi.

O, təcrübə apardı (şəklə bax), bu müddət ərzində S mənbəyindən ayrılan işıq şüası 3 güzgü ilə əks olundu, dişli disk 2 ilə kəsildi və bazadan keçdi (8 km). Sonra 1-ci güzgü ilə əks olundu və diskə qaytarıldı. İşıq dişlər arasındakı boşluğa düşdü və okulyar 4 vasitəsilə müşahidə oluna bildi. Şüanın bazadan keçməsi üçün vaxt diskin fırlanma sürətindən asılı olaraq müəyyən edildi. Fizeau tərəfindən əldə edilən dəyər: c = 313300 km/s idi.

Hər hansı bir xüsusi mühitdə şüanın yayılma sürəti vakuumda bu sürətdən azdır. Bundan əlavə, müxtəlif maddələr üçün bu göstərici fərqli dəyərlər alır. Bir neçə ildən sonra Fuko diski sürətlə fırlanan güzgü ilə əvəz etdi. Bu alimlərin davamçıları onların metodlarından və tədqiqat dizaynlarından dəfələrlə istifadə ediblər.

Linzalar optik alətlərin əsasını təşkil edir. Bunun necə hesablandığını bilirsinizmi? Məqalələrimizdən birini oxuyaraq öyrənə bilərsiniz.

Bu cür linzalardan ibarət optik mənzərənin necə qurulacağı haqqında məlumat tapa bilərsiniz. Materialımızı oxuyun və mövzu ilə bağlı heç bir sualınız olmayacaq.

Vakuumda işığın sürəti nə qədərdir?

İşıq sürətinin ən dəqiq ölçülməsi saatda 1.079.252.848,8 kilometr və ya rəqəmi göstərir. 299 792 458 m/s. Bu rəqəm yalnız vakuumda yaradılmış şərait üçün keçərlidir.

Ancaq problemləri həll etmək üçün adətən göstərici istifadə olunur 300.000.000 m/s. Vakuumda işığın Plank vahidlərində sürəti 1-dir. Beləliklə, işıq enerjisi 1 vahid Plank zamanında 1 Plank uzunluq vahidi keçir. Təbii şəraitdə vakuum yaranarsa, rentgen şüaları, görünən spektrdə işıq dalğaları və qravitasiya dalğaları belə sürətlə yayıla bilər.

Alimlər arasında açıq bir fikir var ki, kütləsi olan hissəciklər işıq sürətinə mümkün qədər yaxın sürət götürə bilər. Amma onlar göstəriciyə nail ola və onu keçə bilmirlər. İşıq sürətinə yaxın olan ən yüksək sürət kosmik şüaların tədqiqi zamanı və sürətləndiricilərdə müəyyən hissəciklərin sürətləndirilməsi zamanı qeydə alınıb.

İstənilən mühitdə işığın sürəti bu mühitin sınma əmsalından asılıdır.

Bu göstərici müxtəlif tezliklər üçün fərqli ola bilər. Kəmiyyətin dəqiq ölçülməsi digər fiziki parametrlərin hesablanması üçün vacibdir. Məsələn, optik diapazonda, radarda, işıq diapazonunda və digər sahələrdə işıq və ya radio siqnallarının keçməsi zamanı məsafəni müəyyən etmək.

Müasir alimlər işığın sürətini təyin etmək üçün müxtəlif üsullardan istifadə edirlər. Bəzi mütəxəssislər eksperimental texnologiyadan istifadə etməklə astronomik metodlardan, eləcə də ölçmə üsullarından istifadə edirlər. Təkmilləşdirilmiş Fizeau üsulu tez-tez istifadə olunur. Bu vəziyyətdə dişli çarx işıq şüasını zəiflədən və ya kəsən işıq modulatoru ilə əvəz olunur. Burada qəbuledici fotoelektrik çarpan və ya fotoseldir. İşıq mənbəyi ölçmə xətasını azaltmağa kömək edən lazer ola bilər. İşıq sürətinin təyini Bazanın keçmə vaxtına görə, bu, birbaşa və ya dolayı üsullardan istifadə etməklə edilə bilər ki, bu da dəqiq nəticələr əldə etməyə imkan verir.

İşığın sürətini hesablamaq üçün hansı düsturlardan istifadə olunur?

Vakuumda işığın yayılma sürəti mütləq dəyərdir. Fiziklər onu “c” hərfi ilə işarələyirlər. Bu, hesabat sisteminin seçimindən asılı olmayan və bütövlükdə zaman və məkanı xarakterizə edən fundamental və daimi dəyərdir. Alimlər bu sürətin hissəciklərin hərəkətinin maksimal sürəti olduğunu güman edirlər.
İşıq sürəti formulu vakuumda:

s = 3 * 10^8 = 299792458 m/s

burada c vakuumda işığın sürətinin göstəricisidir.
Alimlər bunu sübut etdilər havada işığın sürəti demək olar ki, vakuumda işığın sürəti ilə üst-üstə düşür. Bu düsturla hesablana bilər: