Реклама в портала

Бавна светлина. Защо скоростта на светлината е постоянна на пръстите ви™ Как да определите скоростта на светлината в среда

Скоростта на светлината е разстоянието, което светлината изминава за единица време. Тази стойност зависи от веществото, в което се разпространява светлината.

Във вакуум скоростта на светлината е 299 792 458 m/s. Това е най-високата скорост, която може да се постигне. При решаване на задачи, които не изискват специална точност, тази стойност се приема равна на 300 000 000 m / s. Предполага се, че всички видове електромагнитно лъчение се разпространяват във вакуум със скоростта на светлината: радиовълни, инфрачервено лъчение, видима светлина, ултравиолетово лъчение, рентгенови лъчи, гама лъчение. Обозначава се с буква с .

Как се определя скоростта на светлината?

В древни времена учените вярвали, че скоростта на светлината е безкрайна. По-късно между учените започнаха дискусии по този въпрос. Кеплер, Декарт и Ферма се съгласиха с мнението на древните учени. И Галилео и Хук вярваха, че въпреки че скоростта на светлината е много висока, тя все още има крайна стойност.

Галилео Галилей

Един от първите, който се опита да измери скоростта на светлината, беше италианският учен Галилео Галилей. По време на експеримента той и неговият асистент са били на различни хълмове. Галилей отвори капака на фенера си. В момента, в който асистентът видя тази светлина, той трябваше да направи същите действия с фенера си. Времето, необходимо на светлината да пътува от Галилео до асистента и обратно, се оказа толкова кратко, че Галилей осъзна, че скоростта на светлината е много висока и е невъзможно да се измери на толкова кратко разстояние, тъй като светлината пътува почти моментално. А времето, което записва, показва само скоростта на реакцията на човек.

Скоростта на светлината е определена за първи път през 1676 г. от датския астроном Олаф Рьомер с помощта на астрономически разстояния. Използвайки телескоп, за да наблюдава затъмнението на луната на Юпитер Йо, той открива, че когато Земята се отдалечава от Юпитер, всяко следващо затъмнение настъпва по-късно от изчисленото. Максималното закъснение, когато Земята се премести от другата страна на Слънцето и се отдалечи от Юпитер на разстояние, равно на диаметъра на земната орбита, е 22 часа. Въпреки че по това време точният диаметър на Земята не е известен, ученият разделя приблизителната му стойност на 22 часа и получава стойност от около 220 000 km/s.

Олаф Рьомер

Резултатът, получен от Рьомер, предизвика недоверие сред учените. Но през 1849 г. френският физик Арманд Иполит Луи Физо измерва скоростта на светлината, използвайки метода на въртящия се затвор. В неговия експеримент светлината от източник преминава между зъбите на въртящо се колело и се насочва към огледало. Отразен от него, той се върна обратно. Скоростта на въртене на колелото се увеличи. Когато достигна определена стойност, отразеният от огледалото лъч беше забавен от движещ се зъб и наблюдателят не видя нищо в този момент.

Опитът на Физо

Физо изчислява скоростта на светлината по следния начин. Светлината върви по пътя си Л от колелото до огледалото за време равно на т 1 = 2L/c . Времето, необходимо на колелото да се завърти ½ слот е t 2 = T/2N , Където T - период на въртене на колелото, н - брой зъби. Честота на въртене v = 1/T . Моментът, в който наблюдателят не вижда светлина, настъпва, когато t 1 = t 2 . От тук получаваме формулата за определяне на скоростта на светлината:

c = 4LNv

След като извърши изчисления по тази формула, Физо установи, че с = 313 000 000 m/s. Този резултат беше много по-точен.

Арман Иполит Луи Физо

През 1838 г. френският физик и астроном Доминик Франсоа Жан Араго предлага използването на метода на въртящото се огледало за изчисляване на скоростта на светлината. Тази идея е приложена на практика от френския физик, механик и астроном Жан Бернар Леон Фуко, който през 1862 г. получава стойността на скоростта на светлината (298 000 000±500 000) m/s.

Доминик Франсоа Жан Араго

През 1891 г. резултатът на американския астроном Саймън Нюкомб се оказва с порядък по-точен от резултата на Фуко. В резултат на неговите изчисления с = (99 810 000 ± 50 000) m/s.

Изследванията на американския физик Алберт Ейбрахам Майкелсън, който използва инсталация с въртящо се осмоъгълно огледало, позволиха още по-точно да се определи скоростта на светлината. През 1926 г. ученият измерва времето, необходимо на светлината да измине разстоянието между върховете на две планини, равно на 35,4 km, и получава с = (299 796 000 ± 4 000) m/s.

Най-точното измерване е извършено през 1975 г. През същата година Генералната конференция по мерки и теглилки препоръчва скоростта на светлината да се счита за равна на 299 792 458 ± 1,2 m/s.

От какво зависи скоростта на светлината?

Скоростта на светлината във вакуум не зависи нито от референтната система, нито от позицията на наблюдателя. Тя остава постоянна, равна на 299 792 458 ± 1,2 m/s. Но в различни прозрачни среди тази скорост ще бъде по-ниска от скоростта във вакуум. Всяка прозрачна среда има оптична плътност. И колкото по-висока е тя, толкова по-бавна е скоростта на разпространение на светлината в нея. Например скоростта на светлината във въздуха е по-висока от скоростта й във вода, а в чистото оптично стъкло е по-ниска от тази във вода.

Ако светлината се движи от по-малко плътна среда към по-плътна, нейната скорост намалява. И ако преходът настъпи от по-плътна среда към по-малко плътна, тогава скоростта, напротив, се увеличава. Това обяснява защо светлинният лъч се отклонява на преходната граница между две среди.

За да определим скоростта (изминато разстояние/използвано време), трябва да изберем стандарти за разстояние и време. Различните стандарти могат да дават различни измервания на скоростта.

Постоянна ли е скоростта на светлината?

[Всъщност константата на фината структура зависи от енергийната скала, но тук имаме предвид нейната нискоенергийна граница.]

Специална теория на относителността

Дефиницията на метъра в системата SI също се основава на предположението за правилността на теорията на относителността. Скоростта на светлината е постоянна в съответствие с основния постулат на теорията на относителността. Този постулат съдържа две идеи:

  • Скоростта на светлината не зависи от движението на наблюдателя.
  • Скоростта на светлината не зависи от координатите във времето и пространството.

Идеята, че скоростта на светлината не зависи от скоростта на наблюдателя, е неинтуитивна. Някои хора дори не могат да се съгласят, че тази идея е логична. През 1905 г. Айнщайн показа, че тази идея е логически правилна, ако се откаже от предположението за абсолютната природа на пространството и времето.

През 1879 г. се смяташе, че светлината трябва да преминава през някаква среда в пространството, точно както звукът преминава през въздух и други вещества. Майкелсън и Морлипроведе експеримент за откриване на етера чрез наблюдение на промените в скоростта на светлината, когато посоката на движение на Земята спрямо Слънцето се променя през годината. За тяхна изненада не беше открита промяна в скоростта на светлината.

Независимо от цвета, дължината на вълната или енергията, скоростта, с която светлината пътува във вакуум, остава постоянна. Не зависи от местоположението или посоките в пространството и времето

Нищо във Вселената не може да пътува по-бързо от светлината във вакуум. 299 792 458 метра в секунда. Ако е масивна частица, тя може само да се доближи до тази скорост, но не и да я достигне; ако е безмасова частица, тя винаги трябва да се движи точно с тази скорост, ако се случва в празно пространство. Но как да разберем това и каква е причината за това? Тази седмица нашият читател ни задава три въпроса, свързани със скоростта на светлината:

Защо скоростта на светлината е крайна? Защо е такава, каквато е? Защо не по-бързо, а не по-бавно?

До 19 век дори не сме имали потвърждение на тези данни.



Илюстрация на светлина, преминаваща през призма и разделена на различни цветове.

Когато светлината преминава през вода, призма или друга среда, тя се разделя на различни цветове. Червеният цвят се пречупва под различен ъгъл от синия, поради което се появява нещо като дъга. Това може да се наблюдава и извън видимия спектър; инфрачервената и ултравиолетовата светлина се държат по същия начин. Това би било възможно само ако скоростта на светлината в средата е различна за светлина с различни дължини на вълните/енергии. Но във вакуум, извън всякаква среда, цялата светлина се движи с една и съща крайна скорост.


Разделянето на светлината на цветове се дължи на различните скорости на светлината, в зависимост от дължината на вълната, през средата

Това беше осъзнато едва в средата на 19 век, когато физикът Джеймс Клерк Максуел показа какво всъщност представлява светлината: електромагнитна вълна. Максуел е първият, който постави независимите явления на електростатиката (статични заряди), електродинамиката (движещи се заряди и токове), магнитостатиката (постоянни магнитни полета) и магнитодинамиката (индуцирани токове и променливи магнитни полета) на единна, обединена платформа. Уравненията, които го управляват - уравненията на Максуел - позволяват да се изчисли отговорът на един на пръв поглед прост въпрос: какви видове електрически и магнитни полета могат да съществуват в празно пространство извън електрически или магнитни източници? Без заряди и без токове човек може да реши, че няма такива - но уравненията на Максуел изненадващо доказват обратното.


Таблетка с уравненията на Максуел на гърба на неговия паметник

Нищо е едно от възможните решения; но е възможно и друго - взаимно перпендикулярни електрическо и магнитно поле, осцилиращи в една фаза. Те имат определени амплитуди. Тяхната енергия се определя от честотата на трептенията на полето. Те се движат с определена скорост, определена от две константи: ε 0 и µ 0. Тези константи определят големината на електрическите и магнитните взаимодействия в нашата Вселена. Полученото уравнение описва вълната. И като всяка вълна, тя има скорост 1/√ε 0 µ 0, която се оказва равна на c, скоростта на светлината във вакуум.


Взаимно перпендикулярни електрически и магнитни полета, осцилиращи в една фаза и разпространяващи се със скоростта на светлината, определят електромагнитното излъчване

От теоретична гледна точка светлината е безмасово електромагнитно излъчване. Според законите на електромагнетизма, той трябва да се движи със скорост 1/√ε 0 µ 0, равна на c - независимо от другите му свойства (енергия, импулс, дължина на вълната). ε 0 може да се измери, като се направи и измери кондензатор; µ 0 се определя точно от ампер, единица за електрически ток, което ни дава c. Същата фундаментална константа, получена за първи път от Максуел през 1865 г., се появява на много други места оттогава:

Това е скоростта на всяка безмасова частица или вълна, включително гравитационни.
Това е основната константа, която свързва вашето движение в пространството с вашето движение във времето в теорията на относителността.
И това е фундаменталната константа, свързваща енергията с масата на покой, E = mc 2


Наблюденията на Рьомер ни предоставиха първите измервания на скоростта на светлината, получени с помощта на геометрия и измерване на времето, необходимо на светлината да измине разстояние, равно на диаметъра на орбитата на Земята.

Първите измервания на това количество са направени по време на астрономически наблюдения. Когато луните на Юпитер влизат и излизат от позиции на затъмнение, те изглеждат видими или невидими от Земята в определена последователност в зависимост от скоростта на светлината. Това доведе до първото количествено измерване на s през 17 век, което беше определено на 2,2 × 10 8 m/s. Отклонението на звездната светлина - поради движението на звездата и Земята, на която е инсталиран телескопът - също може да бъде оценено числено. През 1729 г. този метод за измерване на c показва стойност, която се различава от съвременната само с 1,4%. До 70-те години c беше определено на 299 792 458 m/s с грешка от само 0,0000002%, голяма част от която произтичаше от невъзможността да се определи точно метър или секунда. До 1983 г. секундата и метърът бяха предефинирани по отношение на c и универсалните свойства на атомната радиация. Сега скоростта на светлината е точно 299 792 458 m/s.


Атомният преход от 6S орбитала, δf 1, определя метъра, секундата и скоростта на светлината

Така че защо скоростта на светлината не е по-бърза или по-бавна? Обяснението е толкова просто, колкото е показано на фиг. Отгоре е атом. Атомните преходи се случват по начина, по който се случват поради фундаменталните квантови свойства на градивните елементи на природата. Взаимодействията на атомното ядро ​​с електрическите и магнитните полета, създадени от електрони и други части на атома, причиняват различни енергийни нива да бъдат изключително близки едно до друго, но все пак малко по-различни: това се нарича свръхфино разделяне. По-специално, преходната честота на свръхфината структура на цезий-133 излъчва светлина с много специфична честота. Времето, необходимо за преминаването на 9 192 631 770 такива цикъла, определя секундата; разстоянието, което светлината изминава през това време е 299 792 458 метра; Скоростта, с която се движи тази светлина, определя c.


Лилавият фотон носи милион пъти повече енергия от жълтия фотон. Космическият гама-лъчев телескоп Ферми не показва забавяне на нито един от фотоните, идващи към нас от гама-изблика, което потвърждава постоянството на скоростта на светлината за всички енергии

За да се промени това определение, трябва да се случи нещо фундаментално различно от сегашната му природа с този атомен преход или със светлината, идваща от него. Този пример също ни учи на ценен урок: ако атомната физика и атомните преходи са работили по различен начин в миналото или на дълги разстояния, ще има доказателства, че скоростта на светлината се е променила с времето. Досега всички наши измервания само налагат допълнителни ограничения върху постоянството на скоростта на светлината и тези ограничения са много строги: промяната не надвишава 7% от текущата стойност през последните 13,7 милиарда години. Ако според някоя от тези метрики се установи, че скоростта на светлината е непоследователна или ако е различна за различните видове светлина, това ще доведе до най-голямата научна революция след Айнщайн. Вместо това, всички доказателства сочат Вселена, в която всички закони на физиката остават същите по всяко време, навсякъде, във всички посоки, по всяко време, включително самата физика на светлината. В известен смисъл това също е доста революционна информация.

През 19 век са проведени няколко научни експеримента, довели до откриването на редица нови явления. Сред тези явления е откритието на Ханс Оерстед за генерирането на магнитна индукция от електрически ток. По-късно Майкъл Фарадей открива обратния ефект, наречен електромагнитна индукция.

Уравненията на Джеймс Максуел - електромагнитната природа на светлината

В резултат на тези открития беше отбелязано така нареченото „взаимодействие от разстояние“, което доведе до новата теория на електромагнетизма, формулирана от Вилхелм Вебер, която се основаваше на действието на далечни разстояния. По-късно Максуел дефинира концепцията за електрически и магнитни полета, които са способни да генерират едно друго, което е електромагнитна вълна. Впоследствие Максуел използва така наречената "електромагнитна константа" в своите уравнения - с.

По това време учените вече са се доближили до факта, че светлината е електромагнитна по природа. Физическото значение на електромагнитната константа е скоростта на разпространение на електромагнитните възбуждения. За изненада на самия Джеймс Максуел, измерената стойност на тази константа при експерименти с единични заряди и токове се оказва равна на скоростта на светлината във вакуум.

Преди това откритие човечеството разделяше светлината, електричеството и магнетизма. Обобщението на Максуел ни позволи да погледнем по нов начин природата на светлината, като определен фрагмент от електрически и магнитни полета, който се разпространява независимо в пространството.

Фигурата по-долу показва диаграма на разпространението на електромагнитна вълна, която също е светлина. Тук H е векторът на напрегнатост на магнитното поле, E е векторът на напрегнатост на електрическото поле. И двата вектора са перпендикулярни един на друг, както и на посоката на разпространение на вълната.

Опит на Майкелсън - абсолютността на скоростта на светлината

Физиката от онова време до голяма степен е изградена върху принципа на относителността на Галилей, според който законите на механиката изглеждат еднакви във всяка избрана инерционна отправна система. В същото време, според добавянето на скорости, скоростта на разпространение трябва да зависи от скоростта на източника. В този случай обаче електромагнитната вълна ще се държи различно в зависимост от избора на референтна рамка, което нарушава принципа на относителността на Галилей. Така привидно добре оформената теория на Максуел беше в разклатено състояние.

Експериментите показват, че скоростта на светлината наистина не зависи от скоростта на източника, което означава, че е необходима теория, която може да обясни такъв странен факт. Най-добрата теория по това време се оказа теорията за „етера“ - определена среда, в която се разпространява светлината, точно както звукът се разпространява във въздуха. Тогава скоростта на светлината би се определяла не от скоростта на движение на източника, а от характеристиките на самата среда – етера.

За откриването на етера са предприети много експерименти, най-известният от които е експериментът на американския физик Албърт Майкелсън. Накратко, известно е, че Земята се движи в космическото пространство. Тогава е логично да се предположи, че той се движи и през етера, тъй като пълното привързване на етера към Земята е не само висша степен на егоизъм, но просто не може да бъде причинено от нищо. Ако Земята се движи през определена среда, в която се разпространява светлината, тогава е логично да се предположи, че тук се извършва добавянето на скорости. Тоест разпространението на светлината трябва да зависи от посоката на движение на Земята, която лети през ефира. В резултат на своите експерименти Майкелсън не открива разлика в скоростта на разпространение на светлината в двете посоки от Земята.

Холандският физик Хендрик Лоренц се опита да реши този проблем. Според неговото предположение „ефирният вятър” е въздействал на телата по такъв начин, че те са намалявали размера си по посока на движението си. Въз основа на това предположение, както Земята, така и устройството на Майкелсън са преживели това свиване на Лоренц, в резултат на което Алберт Майкелсън е получил еднаква скорост за разпространение на светлината в двете посоки. И въпреки че Лоренц успя донякъде да забави смъртта на теорията за етера, учените все пак смятаха, че тази теория е „пресилена“. По този начин етерът трябваше да има редица „приказни“ свойства, включително безтегловност и липса на съпротивление срещу движещи се тела.

Краят на историята на етера идва през 1905 г. с публикуването на статията „За електродинамиката на движещите се тела“ от тогава малко известния Алберт Айнщайн.

Специалната теория на относителността на Алберт Айнщайн

Двадесет и шест годишният Алберт Айнщайн изрази напълно нов, различен възглед за природата на пространството и времето, който противоречи на идеите на времето и по-специално грубо нарушава принципа на относителността на Галилей. Според Айнщайн експериментът на Майкелсън не е дал положителни резултати поради това, че пространството и времето имат такива свойства, че скоростта на светлината е абсолютна стойност. Тоест, в каквато и референтна система да се намира наблюдателят, скоростта на светлината спрямо него винаги е една и съща, 300 000 км/сек. От това следваше невъзможността да се приложи добавяне на скорости спрямо светлината - без значение колко бързо се движи източникът на светлина, скоростта на светлината няма да се промени (добавете или извадете).

Айнщайн използва свиването на Лоренц, за да опише промените в параметрите на телата, движещи се със скорости, близки до скоростта на светлината. Така например дължината на такива тела ще намалее и собственото им време ще се забави. Коефициентът на такива промени се нарича фактор на Лоренц. Известната формула на Айнщайн E=mc 2всъщност включва и фактора на Лоренц ( E= ymc 2), което като цяло е равно на единица в случай, че скоростта на тялото vравно на нула. Когато скоростта на тялото се приближи vдо скоростта на светлината ° СЛоренц фактор гсе втурва към безкрая. От това следва, че за да се ускори тялото до скоростта на светлината, ще е необходимо безкрайно количество енергия и следователно е невъзможно да се премине тази граница на скоростта.

Има и аргумент в полза на това твърдение, наречен „относителността на едновременността“.

Парадоксът на относителността на едновременността на SRT

Накратко, феноменът на относителността на едновременността е, че часовниците, които се намират в различни точки в пространството, могат да работят „по едно и също време“ само ако са в една и съща инерционна отправна система. Тоест времето на часовника зависи от избора на отправна система.

От това следва парадоксът, че събитие B, което е следствие от събитие A, може да се случи едновременно с него. Освен това е възможно да се изберат референтни системи по такъв начин, че събитие B да се случи по-рано от събитието A, което го е причинило. Такова явление нарушава принципа на причинно-следствената връзка, който е доста здраво вкоренен в науката и никога не е бил поставян под въпрос. Тази хипотетична ситуация обаче се наблюдава само в случай, че разстоянието между събития A и B е по-голямо от интервала от време между тях, умножен по „електромагнитната константа“ - с. По този начин, константата ° С, която е равна на скоростта на светлината, е максималната скорост на предаване на информация. В противен случай би бил нарушен принципът на причинно-следствената връзка.

Как се измерва скоростта на светлината?

Наблюдения на Олаф Ромер

Учените от древността в по-голямата си част са вярвали, че светлината се движи с безкрайна скорост, а първата оценка на скоростта на светлината е получена още през 1676 г. Датският астроном Олаф Рьомер наблюдава Юпитер и неговите луни. В момента, когато Земята и Юпитер бяха от противоположните страни на Слънцето, затъмнението на луната на Юпитер Йо се забави с 22 минути спрямо изчисленото време. Единственото решение, което Олаф Рьомер намери, е, че скоростта на светлината е ограничена. Поради тази причина информацията за наблюдаваното събитие се забавя с 22 минути, тъй като отнема известно време, за да се измине разстоянието от спътника Йо до телескопа на астронома. Според изчисленията на Рьомер скоростта на светлината е била 220 000 km/s.

Наблюдения на Джеймс Брадли

През 1727 г. английският астроном Джеймс Брадли открива явлението светлинна аберация. Същността на това явление е, че при движението на Земята около Слънцето, както и по време на собственото въртене на Земята, се наблюдава изместване на звездите в нощното небе. Тъй като земният наблюдател и самата Земя постоянно променят посоката си на движение спрямо наблюдаваната звезда, светлината, излъчвана от звездата, изминава различни разстояния и пада под различни ъгли към наблюдателя с течение на времето. Ограничената скорост на светлината води до факта, че звездите в небето описват елипса през цялата година. Този експеримент позволи на Джеймс Брадли да оцени скоростта на светлината - 308 000 км/сек.

Преживяването на Луи Физо

През 1849 г. френският физик Луи Физо провежда лабораторен експеримент за измерване на скоростта на светлината. Физикът инсталира огледало в Париж на разстояние 8633 метра от източника, но според изчисленията на Рьомер светлината ще измине това разстояние за сто хилядни от секундата. Такава точност на часовника беше недостижима тогава. След това Физо използва зъбно колело, което се върти по пътя от източника до огледалото и от огледалото до наблюдателя, чиито зъби периодично блокират светлината. В случай, че светлинен лъч от източника до огледалото премина между зъбите и на връщане удари зъб, физикът удвои скоростта на въртене на колелото. Когато скоростта на въртене на колелото се увеличи, светлината почти спря да изчезва, докато скоростта на въртене достигна 12,67 оборота в секунда. В този момент светлината отново изчезна.

Подобно наблюдение означава, че светлината постоянно се „блъска“ в зъбите и няма време да се „плъзне“ между тях. Знаейки скоростта на въртене на колелото, броя на зъбите и два пъти разстоянието от източника до огледалото, Физо изчислява скоростта на светлината, която се оказва равна на 315 000 км/сек.

Година по-късно друг френски физик Леон Фуко провежда подобен експеримент, в който използва въртящо се огледало вместо зъбно колело. Получената от него стойност за скоростта на светлината във въздуха е 298 000 km/s.

Един век по-късно методът на Fizeau е подобрен толкова много, че подобен експеримент, проведен през 1950 г. от E. Bergstrand, дава стойност на скоростта от 299 793,1 km/s. Това число се различава само с 1 km/s от текущата стойност на скоростта на светлината.

Допълнителни измервания

С появата на лазерите и нарастващата точност на измервателните уреди стана възможно грешката на измерване да се намали до 1 m/s. Така през 1972 г. американски учени използват лазер за своите експерименти. Чрез измерване на честотата и дължината на вълната на лазерния лъч те успяха да получат стойност от 299 792 458 m/s. Трябва да се отбележи, че по-нататъшното увеличаване на точността на измерване на скоростта на светлината във вакуум беше невъзможно не поради техническите несъвършенства на инструментите, а поради грешката на самия стандарт на измервателния уред. Поради тази причина през 1983 г. XVII Генерална конференция по мерки и теглилки дефинира метъра като разстоянието, което светлината изминава във вакуум за време равно на 1/299 792 458 секунди.

Нека обобщим

И така, от всичко по-горе следва, че скоростта на светлината във вакуум е фундаментална физическа константа, която се появява в много фундаментални теории. Тази скорост е абсолютна, т.е. не зависи от избора на референтна система и е равна на максималната скорост на предаване на информация. Не само електромагнитните вълни (светлината), но и всички безмасови частици се движат с тази скорост. Включително, вероятно, гравитон, частица от гравитационни вълни. Наред с други неща, поради релативистични ефекти, собственото време на светлината буквално стои неподвижно.

Такива свойства на светлината, особено неприложимостта на принципа на добавяне на скорости към нея, не се вписват в главата. Много експерименти обаче потвърждават изброените по-горе свойства и редица фундаментални теории са изградени именно върху тази природа на светлината.

Темата за това как да се измерва, както и каква е скоростта на светлината, интересува учените от древни времена. Това е много интересна тема, която от незапомнени времена е била обект на научен дебат. Смята се, че такава скорост е крайна, недостижима и постоянна. Тя е непостижима и постоянна, като безкрайността. В същото време е краен. Оказва се интересен физико-математически пъзел. Има един вариант за решаване на този проблем. В крайна сметка скоростта на светлината все още беше измерена.

В древни времена мислителите са вярвали в това скоростта на светлината- това е безкрайно количество. Първата оценка на този показател е дадена през 1676 г. Олаф Рьомер. Според неговите изчисления скоростта на светлината е била приблизително 220 хиляди км/сек. Това не беше съвсем точна стойност, но близка до истинската.

Крайността и оценката на скоростта на светлината бяха потвърдени половин век по-късно.

В бъдеще ученият ФизоБеше възможно да се определи скоростта на светлината от времето, необходимо на лъча да измине точно разстояние.

Той проведе експеримент (вижте фигурата), по време на който лъч светлина се отклони от източника S, беше отразен от огледало 3, прекъснат от назъбен диск 2 и премина през основата (8 km). След това се отразява от огледало 1 и се връща на диска. Светлината попада в пролуката между зъбите и може да се наблюдава през окуляр 4. Времето, необходимо на лъча да премине през основата, се определя в зависимост от скоростта на въртене на диска. Получената от Fizeau стойност е: c = 313300 km/s.

Скоростта на разпространение на лъча във всяка конкретна среда е по-малка от тази скорост във вакуум. Освен това за различни вещества този показател приема различни стойности. След няколко години Фукозамени диска с бързо въртящо се огледало. Последователите на тези учени многократно са използвали техните методи и изследователски проекти.

Лещите са в основата на оптичните инструменти. Знаете ли как се изчислява? Можете да разберете, като прочетете една от нашите статии.

Можете да намерите информация за това как да настроите оптичен мерник, състоящ се от такива лещи. Прочетете нашия материал и няма да имате въпроси по темата.

Каква е скоростта на светлината във вакуум?

Най-точното измерване на скоростта на светлината показва цифрата 1 079 252 848,8 километра в час или 299 792 458 m/s. Тази цифра е валидна само за условия, създадени във вакуум.

Но за решаване на проблеми обикновено се използва индикаторът 300 000 000 m/s. Във вакуум скоростта на светлината в Планкови единици е 1. По този начин светлинната енергия изминава 1 Планкова единица дължина за 1 Планкова единица време. Ако в естествени условия се създаде вакуум, тогава рентгеновите лъчи, светлинните вълни във видимия спектър и гравитационните вълни могат да се разпространяват с такива скорости.

Сред учените има ясно мнение, че частиците с маса могат да придобият скорост, която е възможно най-близка до скоростта на светлината. Но те не са в състояние да постигнат и надхвърлят показателя. Най-високата скорост, близка до скоростта на светлината, е регистрирана при изучаването на космическите лъчи и при ускоряването на определени частици в ускорители.

Скоростта на светлината във всяка среда зависи от индекса на пречупване на тази среда.

Този индикатор може да е различен за различните честоти. Точното измерване на количеството е важно за изчисляването на други физически параметри. Например, за определяне на разстоянието по време на преминаване на светлинни или радиосигнали в оптичен диапазон, радар, светлинен диапазон и други области.

Съвременните учени използват различни методи за определяне на скоростта на светлината. Някои експерти използват астрономически методи, както и методи за измерване, използващи експериментална технология. Много често се използва подобреният метод на Fizeau. В този случай зъбното колело се заменя със светлинен модулатор, който отслабва или прекъсва светлинния лъч. Приемникът тук е фотоелектричен умножител или фотоклетка. Източникът на светлина може да бъде лазер, което помага за намаляване на грешката при измерване. Определяне на скоростта на светлинатаВ зависимост от времето на преминаване на основата, това може да се направи чрез директни или косвени методи, които също позволяват да се получат точни резултати.

Какви формули се използват за изчисляване на скоростта на светлината?

  1. Скоростта на разпространение на светлината във вакуум е абсолютна стойност. Физиците го обозначават с буквата "с". Това е фундаментална и постоянна стойност, която не зависи от избора на система за отчитане и характеризира времето и пространството като цяло. Учените приемат, че тази скорост е максималната скорост на движение на частиците.

    Формула за скоростта на светлинатавъв вакуум:

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

    тук c е показател за скоростта на светлината във вакуум.

  2. Учените са го доказали скоростта на светлината във въздухапочти съвпада със скоростта на светлината във вакуум. Може да се изчисли по формулата: