İşığın sürəti nədir? Niyə işığın sürəti barmaqlarınızda sabitdir™

> İşıq sürəti

Hansını tapın işıq sürəti vakuumda fizikada əsas sabitdir. İşığın yayılma sürətinin m/s nəyə bərabər olduğunu, qanunu, ölçmə düsturunu oxuyun.

Vakuumda işığın sürəti– fizikada əsas sabitlərdən biri.

Öyrənmə Məqsədi

İşığın sürətini mühitin sınma indeksi ilə müqayisə edin.

Əsas nöqtələr

İşıq sürətinin maksimum mümkün göstəricisi vakuumda işıqdır (dəyişməmiş).
C vakuumda işığın sürətinin simvoludur. 299,792,458 m/s sürətə çatır.
İşıq bir mühitə daxil olduqda, onun sürəti qırılma səbəbindən yavaşlayır. v = c/n düsturu ilə hesablanır.

Şərtlər

İşığın xüsusi sürəti: nisbilik prinsipi ilə işıq sürətinin sabitliyinin uzlaşdırılması.
Kırılma indeksi havada/vakuumda işığın sürətinin başqa bir mühitə nisbətidir.

İşıq sürəti

İşığın sürəti bir şeyin son dərəcə sürətli olduğunu müəyyən etmək üçün müqayisə nöqtəsi kimi çıxış edir. Amma bu nədir?

İşıq şüası Yerdən Aya işıq impulsunun keçməsi üçün lazım olan müddətdə hərəkət edir - orta orbital məsafədə 1,255 s.

Cavab sadədir: söhbət fotonların və işıq hissəciklərinin sürətindən gedir. İşığın sürəti nədir? Vakuumda işığın sürəti 299.792.458 m/s-ə çatır. Bu, fizikanın müxtəlif sahələrində tətbiq olunan universal sabitdir.

E = mc 2 tənliyini götürək (E enerji və m kütlədir). Məkan və vaxtı bağlamaq üçün işıq sürətindən istifadə edərək, kütlə-enerji ekvivalentidir. Burada yalnız enerji üçün izahat tapa bilərsiniz, həm də sürətə mane olanları müəyyən edə bilərsiniz.

Vakuumda işığın dalğa sürəti müxtəlif məqsədlər üçün fəal şəkildə istifadə olunur. Məsələn, xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi bunun təbii sürət həddi olduğunu bildirir. Ancaq bilirik ki, sürət mühitdən və refraksiyadan asılıdır:

v = c/n (v - mühitdən keçən işığın faktiki sürəti, c - vakuumda işığın sürəti və n - sınma əmsalıdır). Havanın sınma indeksi 1.0003, görünən işığın sürəti isə s-dən 90 km/s yavaşdır.

Lorentz əmsalı

Sürətlə hərəkət edən obyektlər klassik mexanikanın mövqeyi ilə ziddiyyət təşkil edən müəyyən xüsusiyyətlər göstərir. Məsələn, uzun təmaslar və vaxt genişlənir. Adətən bu təsirlər minimaldır, lakin belə yüksək sürətlərdə daha çox görünür. Lorentz əmsalı (γ) zamanın genişlənməsi və uzunluğun daralmasının baş verdiyi amildir:

γ = (1 - v 2 /c 2) -1/2 γ = (1 - v 2 /c 2) -1/2 γ = (1 - v 2 /c 2) -1/2.

Aşağı sürətlərdə v 2 /c 2 0-a yaxınlaşır və γ təqribən = 1. Lakin sürət c-ə yaxınlaşdıqda γ sonsuza qədər artır.

epiqraf
Müəllim soruşur: Uşaqlar, dünyada ən sürətli şey nədir?
Tanechka deyir: Ən sürətli söz. Sadəcə dedim ki, qayıtmayacaqsan.
Vaneçka deyir: Xeyr, işıq ən sürətlidir.
Düyməni basan kimi otaq dərhal işıqlandı.
Və Vovochka etiraz edir: Dünyada ən sürətli şey ishaldır.
Bir dəfə o qədər səbirsiz idim ki, bir söz demədim
Heç nə deməyə, işığı yandırmağa vaxtım yox idi.

Kainatımızda işığın sürətinin niyə maksimum, sonlu və sabit olduğunu heç düşünmüsünüzmü? Bu, çox maraqlı sualdır və dərhal bir spoyler olaraq, ona cavabın dəhşətli sirrini verəcəyəm - heç kim dəqiq niyə bilmir. İşıq sürəti alınır, yəni. zehni olaraq qəbul edilir sabit üçün və bu postulat əsasında, eləcə də bütün inertial istinad sistemlərinin bərabər olması ideyasına əsaslanaraq, Albert Eynşteyn özünün yüz ildir elm adamlarını qıcıqlandıran xüsusi nisbilik nəzəriyyəsini qurdu və Eynşteynə dilini yapışdırdı. bütün bəşəriyyətin üzərinə əkdiyi donuz ölçüləri üzərində məzarında təbəssümlə dünyanı cəzasız buraxdı.

Bəs niyə əslində bu qədər sabit, maksimum və sondur, cavab yoxdur, bu sadəcə aksiomadır, yəni. iman əsasında qəbul edilmiş, müşahidələr və sağlam düşüncə ilə təsdiqlənmiş, lakin məntiqi və ya riyazi olaraq heç bir yerdən çıxarıla bilməyən ifadə. Və çox güman ki, bu o qədər də doğru deyil, amma hələ heç kim bunu heç bir təcrübə ilə təkzib edə bilməyib.

Bu məsələ ilə bağlı öz fikirlərim var, daha sonra onlar haqqında, amma hələlik, gəlin bunu sadə saxlayaq, barmaqlarınızda™Ən azı bir hissəyə cavab verməyə çalışacağam - işığın sürəti "sabit" nə deməkdir.

Xeyr, işıq sürəti ilə uçan raketdə fənərləri yandırsanız nə baş verə biləcəyi ilə bağlı düşüncə təcrübələri ilə sizi sıxmayacağam və s., bu, indi mövzudan bir qədər kənardır.

Bir arayış kitabına və ya Vikipediyaya baxsanız, vakuumda işığın sürəti əsas fiziki sabit kimi müəyyən edilir. tam olaraq 299.792.458 m/s-ə bərabərdir. Yaxşı, yəni kobud desək, təxminən 300.000 km/s olacaq, amma əgər tam doğru- saniyədə 299 792 458 metr.

Deyəsən, belə dəqiqlik haradan gəlir? İstənilən riyazi və ya fiziki sabit, nə olursa olsun, hətta Pi, hətta təbii loqarifmin əsası e, hətta qravitasiya sabiti G və ya Plank sabiti h, həmişə bəzilərini ehtiva edir ondalık nöqtədən sonrakı rəqəmlər. Pi-də bu onluq yerlərin təxminən 5 trilyonu hazırda məlumdur (yalnız ilk 39 rəqəmin hər hansı fiziki mənası olsa da), qravitasiya sabiti bu gün G ~ 6,67384(80)x10 -11 və sabit Plank kimi müəyyən edilir. h~ 6.62606957(29)x10 -34 .

Vakuumda işığın sürəti hamar 299,792,458 m/s, nə bir santimetr çox, nə də bir nanosaniyə az. Bu dəqiqliyin haradan gəldiyini bilmək istəyirsiniz?

Hər şey həmişəki kimi qədim yunanlarla başladı. Elm, sözün müasir mənasında, onların arasında mövcud deyildi. Qədim Yunanıstan filosoflarını filosof adlandırırdılar, ona görə ki, onlar əvvəlcə öz başlarında hansısa axmaq şeylər uydurdular, sonra isə məntiqi nəticələrdən (bəzən də real fiziki təcrübələrdən) istifadə edərək bunu sübut etməyə və ya təkzib etməyə çalışdılar. Bununla belə, onlar tərəfindən real həyatda olan fiziki ölçmə və hadisələrdən istifadə “ikinci dərəcəli” dəlil hesab edilirdi ki, bu da birbaşa başdan alınan birinci dərəcəli məntiqi nəticələrlə müqayisə oluna bilməz.

İşığın öz sürətinin varlığı haqqında düşünən ilk insan filosof Empidokl hesab olunur ki, işığın hərəkət olduğunu və hərəkətin sürəti olmalıdır. İşığın sadəcə təbiətdə bir şeyin mövcudluğu olduğunu iddia edən Aristotel ona etiraz etdi və hamısı budur. Və heç bir yerdə heç nə hərəkət etmir. Amma bu başqa şeydir! Evklid və Ptolemey ümumiyyətlə işığın gözümüzdən yayıldığına, sonra cisimlərə düşdüyünə inanırdılar və buna görə də biz onları görürük. Bir sözlə, qədim yunanlar eyni qədim romalılar tərəfindən fəth edilənə qədər bacardıqları qədər axmaq idilər.

Orta əsrlərdə əksər elm adamları işığın yayılma sürətinin sonsuz olduğuna inanmağa davam edirdilər, onların arasında, məsələn, Dekart, Kepler və Fermat da var idi.

Lakin Qalileo kimi bəziləri işığın sürəti olduğuna və buna görə də ölçülə bildiyinə inanırdılar. Qalileydən bir neçə kilometr aralıda yerləşən köməkçiyə lampa yandıraraq işıq verən Qalileonun təcrübəsi hamıya məlumdur. İşığı görən köməkçi lampasını yandırdı və Qalileo bu anlar arasındakı gecikməni ölçməyə çalışdı. Təbii ki, o, bacarmadı və sonda yazılarında yazmağa məcbur oldu ki, əgər işığın sürəti varsa, o, həddindən artıq yüksəkdir və insan zəhməti ilə ölçülə bilməz, ona görə də sonsuz hesab edilə bilər.

İşıq sürətinin ilk sənədləşdirilmiş ölçülməsi 1676-cı ildə Danimarka astronomu Olaf Römerə aid edilmişdir. Bu il həmin Qalileonun teleskopları ilə silahlanmış astronomlar Yupiterin peyklərini fəal şəkildə müşahidə edir və hətta onların fırlanma dövrlərini hesablayırdılar. Alimlər müəyyən ediblər ki, Yupiterə ən yaxın peyk İo-nun təxminən 42 saat fırlanma müddəti var. Bununla belə, Roemer qeyd edib ki, bəzən İo Yupiterin arxasından gözləniləndən 11 dəqiqə tez, bəzən isə 11 dəqiqə sonra görünür. Məlum olub ki, İo Günəş ətrafında fırlanan Yerin Yupiterə minimum məsafədə yaxınlaşdığı və Yerin orbitin əks yerində olanda 11 dəqiqə geri qaldığı və buna görə də ondan daha uzaq olduğu dövrlərdə daha erkən görünür. Yupiter.

Axmaqcasına yerin orbitinin diametrini (və bu, o vaxtlar az-çox məlum idi) 22 dəqiqəyə bölərək, Römer 220.000 km/s işıq sürətini əldə etdi və həqiqi dəyəri təxminən üçdə birini əldən verdi.

1729-cu ildə ingilis astronomu Ceyms Bredli müşahidə edir paralaks(yerində bir az sapma ilə) ulduz Etamin (Qamma Draconis) effekti kəşf etdi işığın aberrasiyaları, yəni. Yerin Günəş ətrafında hərəkətinə görə səmada bizə ən yaxın olan ulduzların mövqeyinin dəyişməsi.

Bredlinin kəşf etdiyi işıq aberrasiyasının təsirindən belə nəticəyə gəlmək olar ki, işığın sonlu yayılma sürəti var, Bredli onu təqribən 301.000 km/s hesablamış və bu da artıq 1% dəqiqlik daxilindədir. dəyəri bu gün məlumdur.

Bunun ardınca digər elm adamları tərəfindən bütün aydınlaşdırıcı ölçmələr aparıldı, lakin işığın dalğa olduğuna və dalğanın öz-özünə yayıla bilməyəcəyinə inanıldığından, nəyisə "həyəcanlandırmaq" lazımdır, "həyacanlandırmaq" lazımdır. parlaq efir” ortaya çıxdı, kəşfi amerikalı fizik Albert Mişelson uğursuz oldu. O, heç bir işıq saçan efir kəşf etmədi, lakin 1879-cu ildə işığın sürətini 299,910±50 km/s-ə qədər aydınlaşdırdı.

Təxminən eyni zamanda, Maksvell elektromaqnetizm nəzəriyyəsini nəşr etdi, yəni işığın sürətini təkcə birbaşa ölçmək deyil, həm də elektrik və maqnit keçiriciliyinin dəyərini aydınlaşdırmaqla həyata keçirilən dəyərlərdən əldə etmək mümkün oldu. 1907-ci ildə işığın sürəti 299.788 km/s-ə çatdı.

Nəhayət, Eynşteyn vakuumda işığın sürətinin sabit olduğunu və heç bir şeydən asılı olmadığını bəyan etdi. Əksinə, hər şey - sürətlərin əlavə edilməsi və düzgün istinad sistemlərinin tapılması, yüksək sürətlə hərəkət edərkən zamanın genişlənməsi və məsafələrin dəyişməsinin təsiri və bir çox digər relativistik təsirlər işığın sürətindən asılıdır (çünki o, bütün düsturlara aşağıdakı kimi daxil edilmişdir). sabit). Bir sözlə, dünyada hər şey nisbidir və işığın sürəti dünyamızda olan bütün digər şeylərin nisbi olduğu kəmiyyətdir. Burada, bəlkə də, xurmanı Lorentzə verməliyik, amma tacir olmayaq, Eynşteyn Eynşteyndir.

Bu sabitin dəyərinin dəqiq müəyyən edilməsi 20-ci əsrdə davam etdi, hər onillikdə elm adamları getdikcə daha çox şey tapdılar. ondalık nöqtədən sonra rəqəmlər işıq sürətində, başlarında qeyri-müəyyən şübhələr yaranmağa başlayana qədər.

İşığın bir vakuumda saniyədə neçə metr getdiyini getdikcə daha dəqiq müəyyənləşdirən elm adamları maraqlanmağa başladılar ki, biz metrlə nəyi ölçürük? Nəhayət, bir metr Paris yaxınlığındakı hansısa muzeydə kiminsə unutduğu platin iridium çubuğunun uzunluğudur!

Və əvvəlcə standart sayğacın tətbiqi ideyası əla görünürdü. Həyətlər, ayaqlar və digər əyri kulaçlarla əziyyət çəkməmək üçün fransızlar 1791-ci ildə Parisdən keçən meridian boyunca Şimal qütbündən ekvatora qədər olan məsafənin on milyonda birini standart ölçü kimi götürməyə qərar verdilər. Onlar bu məsafəni o dövrdə mövcud olan dəqiqliklə ölçdülər, platin-iridium (daha doğrusu, əvvəlcə mis, sonra platin, sonra isə platin-iridium) ərintisindən çubuq tökdülər və onu Parisin Ölçülər və Çəkilər Palatasına qoydular. bir nümunə. Nə qədər irəli getsək, bir o qədər də məlum olur ki, yerin səthi dəyişir, qitələr deformasiyaya uğrayır, meridianlar dəyişir və on milyonda bir hissəsi unudub, çubuğun uzunluğunu bir metr saymağa başlayıblar. Paris "məqbərəsinin" büllur tabutunda yatır.

Bu cür bütpərəstlik əsl alimə yaraşmır, bu Qırmızı Meydan deyil (!) və 1960-cı ildə sayğac anlayışını tamamilə aydın bir tərifə qədər sadələşdirmək qərara alındı - sayğacın keçidi ilə yayılan 1.650.763.73 dalğa uzunluğuna tam bərabərdir. vakuumda Kripton-86 elementinin həyəcanlanmamış izotopunun 2p10 və 5d5 enerji səviyyələri arasında elektronlar. Yaxşı, nə qədər aydındır?

Bu, 23 il davam etdi, vakuumda işığın sürəti artan dəqiqliklə ölçüldüyü halda, 1983-cü ilə qədər, nəhayət, hətta ən inadkar retrogradlar belə işıq sürətinin bir növ deyil, ən dəqiq və ideal sabit olduğunu başa düşdülər. kripton izotopundan. Və hər şeyi alt-üst etmək qərara alındı (daha doğrusu, düşünsəniz, hər şeyi alt-üst etmək qərara alındı), indi işıq sürəti ilə həqiqi sabitdir və metr işığın vakuumda (1/299,792,458) saniyədə keçdiyi məsafədir.

İşıq sürətinin həqiqi dəyəri bu gün də aydınlaşdırılmağa davam edir, lakin maraqlısı odur ki, hər yeni təcrübə ilə alimlər işığın sürətini deyil, metrin həqiqi uzunluğunu aydınlaşdırırlar. Və növbəti onilliklərdə işığın sürəti nə qədər dəqiq tapılarsa, nəticədə əldə edəcəyimiz sayğac bir o qədər dəqiq olacaqdır.

Və əksinə deyil.

Yaxşı, indi qoyunlarımıza qayıdaq. Niyə Kainatımızın vakuumunda işığın sürəti maksimum, sonlu və sabitdir? Mən bunu belə başa düşürəm.

Hər kəs bilir ki, metalda və demək olar ki, istənilən bərk cisimdə səsin sürəti havadakı səs sürətindən qat-qat yüksəkdir. Bunu yoxlamaq çox asandır; sadəcə qulağınızı dəmir yoluna qoyun və yaxınlaşan qatarın səslərini havadan çox daha tez eşidə biləcəksiniz. Niyə belədir? Aydındır ki, səs mahiyyətcə eynidir və onun yayılma sürəti mühitdən, bu mühitin təşkil olunduğu molekulların konfiqurasiyasından, onun sıxlığından, kristal şəbəkəsinin parametrlərindən - bir sözlə, səsin ötürüldüyü mühitin cari vəziyyəti.

Parlaq efir ideyası çoxdan tərk edilmiş olsa da, elektromaqnit dalğalarının yayıldığı vakuum bizə nə qədər boş görünsə də, tamamilə heç bir şey deyil.

Mən başa düşürəm ki, bənzətmə bir qədər uzaqdır, amma bu doğrudur barmaqlarınızda™ eyni! Əlçatan bir bənzətmə kimi və heç bir şəkildə bir fiziki qanunlar toplusundan digərlərinə birbaşa keçid kimi, yalnız elektromaqnit (və ümumiyyətlə, gluon və qravitasiya daxil olmaqla) titrəmələrin yayılma sürətinin, poladdakı səs sürətinin relsə “tikildiyi” kimi. Buradan rəqs edirik.

UPD: Yeri gəlmişkən, mən “ulduzlu oxucuları” “çətin vakuumda” işığın sürətinin sabit qalıb-qalmadığını təsəvvür etməyə dəvət edirəm. Məsələn, güman edilir ki, 10-30 K temperaturlu enerjilərdə vakuum virtual hissəciklərlə sadəcə qaynamağı dayandırır və "qaynamağa" başlayır, yəni. kosmosun toxuması parçalanır, Plank kəmiyyətləri bulanır və fiziki mənasını itirir və s. Belə bir vakuumda işığın sürəti hələ də bərabər olardımı? c, yoxsa bu, həddindən artıq sürətlə Lorentz əmsalları kimi düzəlişlərlə yeni “relativistik vakuum” nəzəriyyəsinin başlanğıcı olacaq? Bilmirəm, bilmirəm, zaman göstərəcək...

Müxtəlif mühitlərdə işığın sürəti əhəmiyyətli dərəcədə dəyişir. Çətinlik ondadır ki, insan gözü onu bütün spektral diapazonda görmür. İşıq şüalarının mənşəyinin təbiəti qədim zamanlardan elm adamlarını maraqlandırmışdır. İşıq sürətini hesablamaq üçün ilk cəhdlər eramızdan əvvəl 300-cü ildə edilmişdir. O zaman alimlər dalğanın düz xətt üzrə yayıldığını müəyyən etdilər.

Tez cavab

Onlar işığın xassələrini və onun hərəkət trayektoriyasını riyazi düsturlarla təsvir etməyə nail olublar. ilk araşdırmadan 2 min il sonra məlum oldu.

İşıq axını nədir?

İşıq şüası fotonlarla birləşən elektromaqnit dalğasıdır. Fotonlar elektromaqnit şüalanmasının kvantları adlanan ən sadə elementlər kimi başa düşülür. Bütün spektrlərdə işıq axını görünməzdir. Sözün ənənəvi mənasında kosmosda hərəkət etmir. Kvant hissəcikləri ilə elektromaqnit dalğasının vəziyyətini təsvir etmək üçün optik mühitin sınma indeksi anlayışı təqdim olunur.

İşıq axını kosmosda kiçik bir kəsikli bir şüa şəklində ötürülür. Kosmosda hərəkət üsulu həndəsi üsullarla əldə edilir. Bu, müxtəlif media ilə sərhəddə əyri bir traektoriya meydana gətirərək qırılmağa başlayan düz xəttli bir şüadır. Alimlər sübut etdilər ki, maksimal sürət vakuumda yaradılır, digər mühitlərdə isə hərəkət sürəti əhəmiyyətli dərəcədə dəyişə bilər. Elm adamları müəyyən SI vahidlərinin çıxarılması və oxunması üçün işıq şüasının və törəmə dəyərinin əsas olduğu bir sistem hazırladılar.

Bəzi tarixi faktlar

Təxminən 900 il əvvəl Avicena, nominal dəyərindən asılı olmayaraq, işığın sürətinin sonlu bir dəyərə sahib olduğunu irəli sürdü. Galileo Galilei eksperimental olaraq işığın sürətini hesablamağa çalışdı. Təcrübəçilər iki fənərdən istifadə edərək, bir obyektdən gələn işıq şüasının digərinə göründüyü vaxtı ölçməyə çalışdılar. Ancaq belə bir təcrübə uğursuz oldu. Sürət o qədər yüksək idi ki, gecikmə vaxtını müəyyən edə bilmədilər.

Galileo Galilei, Yupiterin dörd peykinin tutulması arasında 1320 saniyəlik bir fasilə olduğunu gördü. Bu kəşflərə əsaslanaraq 1676-cı ildə Danimarka astronomu Ole Roemer işıq şüasının yayılma sürətini 222 min km/san hesablamışdır. O dövrdə bu ölçmə ən dəqiq idi, lakin dünyəvi standartlarla təsdiqlənə bilməzdi.

200 ildən sonra Louise Fizeau eksperimental olaraq işıq şüasının sürətini hesablaya bildi. Güzgü və yüksək sürətlə fırlanan dişli mexanizmi olan xüsusi qurğu yaratdı. İşıq axını güzgüdən əks olundu və 8 km-dən sonra geri qayıtdı. Təkər sürəti artdıqca, dişli mexanizmi şüanı bağladığı bir an yarandı. Beləliklə, şüanın sürəti saniyədə 312 min kilometr müəyyən edilib.

Foucault bu avadanlığı təkmilləşdirdi, dişli mexanizmini düz güzgü ilə əvəz edərək parametrləri azaldıb. Onun ölçmə dəqiqliyi müasir standarta ən yaxın olub və saniyədə 288 min metr təşkil edib. Foucault, suyu əsas götürərək, xarici mühitdə işığın sürətini hesablamağa cəhd etdi. Fizik bu qiymətin sabit olmadığı və verilmiş mühitdə refraksiya xüsusiyyətlərindən asılı olduğu qənaətinə gələ bildi.

Vakuum maddədən azad bir məkandır. C sistemində işığın vakuumdakı sürəti Latın C hərfi ilə təyin olunur. Bu, əlçatmazdır. Heç bir element belə bir dəyərə overclock edilə bilməz. Fiziklər yalnız cisimlərin bu qədər sürətləndikləri təqdirdə onlara nə ola biləcəyini təsəvvür edə bilərlər. Bir işıq şüasının yayılma sürəti sabit xüsusiyyətlərə malikdir, bu:

daimi və yekun;
əlçatmaz və dəyişməz.

Bu sabiti bilmək bizə cisimlərin kosmosda hərəkət edə biləcəyi maksimum sürəti hesablamağa imkan verir. İşıq şüasının yayılma miqdarı əsas sabit kimi tanınır. Məkan-zamanı xarakterizə etmək üçün istifadə olunur. Bu, hərəkət edən hissəciklər üçün icazə verilən maksimum dəyərdir. Vakuumda işığın sürəti nə qədərdir? Cari dəyər laboratoriya ölçmələri və riyazi hesablamalar vasitəsilə əldə edilmişdir. O ± 1,2 m/s dəqiqliklə saniyədə 299,792,458 metrə bərabər. Bir çox fənlərdə, o cümlədən məktəbdə, problemləri həll etmək üçün təxmini hesablamalardan istifadə olunur. 3108 m/s-ə bərabər göstərici götürülür.

İnsanın görünən spektrində işıq dalğaları və rentgen dalğaları işıq sürətinə yaxınlaşan oxunuşlara qədər sürətləndirilə bilər. Onlar bu sabitə bərabər ola bilməz və onun dəyərini aşa bilməz. Sabit kosmik şüaların sürətlənmə anında xüsusi sürətləndiricilərdə davranışının izlənilməsi əsasında əldə edilmişdir. Bu, şüanın yayıldığı ətalət mühitindən asılıdır. Suda işığın ötürülməsi 25% azdır, havada isə hesablamalar zamanı temperatur və təzyiqdən asılı olacaq.

Bütün hesablamalar nisbilik nəzəriyyəsi və Eynşteynin çıxardığı səbəbiyyət qanunundan istifadə etməklə aparılmışdır. Fizik hesab edir ki, cisimlər 1 079 252 848,8 kilometr/saat sürətə çatsa və onu keçərsə, o zaman dünyamızın strukturunda dönməz dəyişikliklər baş verəcək və sistem sıradan çıxacaq. Zaman hadisələrin nizamını pozaraq geri saymağa başlayacaq.

Sayğacın tərifi işıq şüasının sürətindən irəli gəlir. İşıq şüasının saniyənin 1/299792458-də keçə bildiyi sahə kimi başa düşülür. Bu anlayışı standartla qarışdırmaq olmaz. Sayğac standartı, verilmiş məsafəni fiziki olaraq görməyə imkan verən kölgəli kadmium əsaslı xüsusi texniki cihazdır.

Rəssamın "işıq sürəti"nə sıçrayış edən kosmik gəminin təsviri. Kredit: NASA/Glenn Araşdırma Mərkəzi.

Qədim dövrlərdən bəri filosoflar və elm adamları işığı dərk etməyə çalışırlar. Onun əsas xassələrini (yəni, onun hissəcik və ya dalğa olub-olmadığını və s.) müəyyən etməyə çalışmaqdan əlavə, onun nə qədər sürətlə hərəkət etdiyinə dair sonlu ölçmələr aparmağa çalışdılar. 17-ci əsrin sonlarından bəri elm adamları məhz bunu və artan dəqiqliklə edirlər.

Bununla onlar işığın mexanikasını və onun fizika, astronomiya və kosmologiyada necə mühüm rol oynadığını daha yaxşı başa düşdülər. Sadəcə olaraq, işıq inanılmaz sürətlə yayılır və kainatda ən sürətli hərəkət edən obyektdir. Onun sürəti sabit və keçilməz bir maneədir və məsafə ölçüsü kimi istifadə olunur. Amma nə qədər sürətlə hərəkət edir?

İşıq sürəti (s):

İşıq 1,079,252,848,8 km/saat (1,07 milyard) sabit sürətlə hərəkət edir. Hansı ki, 299,792,458 m/s olur. Gəlin hər şeyi öz yerinə qoyaq. Əgər işıq sürəti ilə səyahət edə bilsəydiniz, Yer kürəsini saniyədə yeddi yarım dəfə dövrə vura bilərsiniz. Bu arada, orta hesabla 800 km/saat sürətlə uçan bir insanın planeti dövrə vurması üçün 50 saatdan çox vaxt lazımdır.

İşığın Yerlə Günəş arasında keçdiyi məsafəni göstərən illüstrasiya. Kredit: LucasVB/Public Domain.

Buna astronomik baxımdan baxaq, orta məsafədən 384 398,25 km-ə qədər. Buna görə də işıq bu məsafəni təxminən bir saniyəyə qət edir. Bu arada, orta hesabla 149.597.886 km-dir, yəni işığın bu səyahətə çıxması üçün cəmi 8 dəqiqə vaxt lazımdır.

Nə üçün işığın sürətinin astronomik məsafələri təyin etmək üçün istifadə olunan metrik olması təəccüblü deyil. , kimi bir ulduzun 4,25 işıq ili uzaqda olduğunu dedikdə, 1,07 milyard km/saat sabit sürətlə səyahət etməyin oraya çatmasının təxminən 4 il 3 ay çəkəcəyini nəzərdə tuturuq. Bəs işıq sürəti üçün bu çox xüsusi dəyərə necə gəldik?

Təhsil tarixi:

17-ci əsrə qədər elm adamları işığın məhdud sürətlə və ya bir anda yayıldığına əmin idilər. Qədim yunanlar dövründən orta əsr İslam ilahiyyatçılarına və müasir alimlərə qədər mübahisələr olub. Lakin ilk kəmiyyət ölçmələrinin aparıldığı Danimarka astronomu Ole Roemerin (1644-1710) işi görünənə qədər.

1676-cı ildə Römer müşahidə etdi ki, Yupiterin ən daxili peyki İo-nun dövrləri Yer Yupiterə yaxınlaşanda onun uzaqlaşdığı vaxtdan daha qısa görünür. Bundan o, işığın məhdud sürətlə yayıldığı və Yerin orbitinin diametrini keçməsinin təxminən 22 dəqiqə çəkdiyi qənaətinə gəldi.

Professor Albert Eynşteyn 28 dekabr 1934-cü ildə Karnegi Texnologiya İnstitutunda 11-ci Josiah Willard Gibbs mühazirəsində maddə və enerjinin müxtəlif formalarda eyni şey olduğu nəzəriyyəsini izah edir. Kredit: AP Foto

Christiaan Huygens bu təxmindən istifadə etdi və onu Yerin orbitinin diametrinin təxmini ilə birləşdirərək 220.000 km/s-ə çatdı. İsaak Nyuton da 1706-cı ildə yazdığı "Optika" əsərində Römerin hesablamaları haqqında məlumat verdi. Yerlə Günəş arasındakı məsafəni tənzimləyərək, işığın birindən digərinə keçməsinin yeddi və ya səkkiz dəqiqə çəkəcəyini hesabladı. Hər iki halda nisbətən kiçik bir səhv var idi.

Daha sonra fransız fizikləri Hippolyte Fizeau (1819-1896) və Léon Foucault (1819-1868) tərəfindən ölçmələr bu rəqəmləri dəqiqləşdirərək 315.000 km/s dəyərə gətirib çıxardı. Və 19-cu əsrin ikinci yarısında elm adamları işıq və elektromaqnetizm arasındakı əlaqədən xəbərdar oldular.

Buna fiziklər elektromaqnit və elektrostatik yükləri ölçməklə nail olublar. Sonra kəşf etdilər ki, ədədi dəyər işıq sürətinə çox yaxındır (Fizeau tərəfindən ölçüldüyü kimi). Alman fiziki Vilhelm Eduard Veber elektromaqnit dalğalarının boş məkanda yayıldığını göstərən öz işinə əsaslanaraq işığın elektromaqnit dalğası olduğunu irəli sürdü.

Növbəti böyük sıçrayış 20-ci əsrin əvvəllərində baş verdi. Albert Eynşteyn “Hərəkət edən cisimlərin elektrodinamikasına dair” adlı məqaləsində qeyd edir ki, sabit sürətə malik müşahidəçi tərəfindən ölçülən vakuumda işığın sürəti bütün inertial istinad sistemlərində eynidir və cisimlərin hərəkətindən asılı deyildir. mənbə və ya müşahidəçi.

Bir stəkan suyun içindən parlayan lazer şüası onun havadan stəkana suya və yenidən havaya keçərkən nə qədər dəyişikliyə məruz qaldığını göstərir. Kredit: Bob King.

Eynşteyn bu ifadəni və Qalileyin nisbilik prinsipini əsas götürərək, vakuumda işığın sürətinin (c) əsas sabit olduğu xüsusi nisbilik nəzəriyyəsini çıxardı. Bundan əvvəl elm adamları arasında razılığa görə kosmos onun yayılmasına cavabdeh olan "işıqlı efir" ilə doldurulur - yəni. Hərəkət edən bir mühitdə hərəkət edən işıq, mühitin quyruğunda iz qoyacaqdır.

Bu da öz növbəsində o deməkdir ki, işığın ölçülən sürəti onun bir mühitdən keçən sürətinin sadə cəmi və həmin mühitin sürəti olacaqdır. Lakin Eynşteynin nəzəriyyəsi stasionar efir anlayışını yararsız hala saldı və məkan və zaman anlayışını dəyişdirdi.

O, nəinki işığın sürətinin bütün ətalət sistemlərində eyni olması fikrini irəli sürdü, həm də şeylərin işıq sürətinə yaxınlaşdıqda böyük dəyişikliklərin baş verməsini təklif etdi. Bunlara hərəkət edən cismin yavaşladığı kimi görünən məkan-zaman çərçivəsi və ölçmə müşahidəçinin nöqteyi-nəzərindən aparıldıqda hərəkət istiqaməti (yəni, işıq sürətinə yaxınlaşdıqca vaxtın yavaşladığı relativistik vaxt genişlənməsi) daxildir. .

Onun müşahidələri həmçinin Maksvellin elektrik və maqnit tənlikləri ilə mexanika qanunları ilə uzlaşır, digər alimlərin bir-biri ilə əlaqəsi olmayan arqumentlərindən qaçaraq riyazi hesablamaları sadələşdirir və işıq sürətinin birbaşa müşahidəsi ilə uyğun gəlir.

Maddə və enerji nə qədər oxşardır?

20-ci əsrin ikinci yarısında lazer interferometrlərindən və rezonans boşluqlarından istifadə edərək getdikcə daha dəqiq ölçmələr işığın sürətinin təxminlərini daha da təkmilləşdirdi. 1972-ci ilə qədər Kolorado ştatının Boulder şəhərindəki ABŞ Milli Standartlar Bürosunda bir qrup lazer interferometriyasından istifadə edərək, hazırda qəbul edilmiş 299.792.458 m/s dəyərə çatdı.

Müasir astrofizikada rolu:

Eynşteynin vakuumda işığın sürətinin mənbənin hərəkətindən və müşahidəçinin inertial istinad sistemindən asılı olmadığına dair nəzəriyyəsi o vaxtdan bəri bir çox təcrübələrlə dəyişməz olaraq təsdiqlənib. O, həmçinin bütün kütləsiz hissəciklərin və dalğaların (işıq daxil olmaqla) vakuumda hərəkət edə biləcəyi sürətin yuxarı həddini təyin edir.

Bunun bir nəticəsi odur ki, kosmologiyalar indi məkanı və vaxtı fəza-zaman kimi tanınan vahid struktur kimi nəzərdən keçirir, burada işığın sürəti hər ikisinin dəyərini müəyyən etmək üçün istifadə edilə bilər (yəni işıq ili, işıq dəqiqələri və işıq saniyələri). İşıq sürətinin ölçülməsi də Kainatın genişlənməsinin sürətlənməsinin müəyyən edilməsində mühüm amil ola bilər.

1920-ci illərin əvvəllərində, Lemaitre və Hubble-ın müşahidələri ilə elm adamları və astronomlar Kainatın mənşəyindən etibarən genişləndiyini anladılar. Hubble həmçinin qeyd etdi ki, qalaktika nə qədər uzaq olarsa, bir o qədər sürətli hərəkət edir. İndi Hubble sabiti adlanan şey Kainatın genişlənmə sürətidir, meqaparsekdə 68 km/s-ə bərabərdir.

Kainat nə qədər sürətlə genişlənir?

Nəzəriyyə olaraq təqdim edilən bu fenomen o deməkdir ki, bəzi qalaktikalar əslində işıq sürətindən daha sürətli hərəkət edə bilər və bu, kainatımızda müşahidə etdiklərimizə məhdudiyyət qoya bilər. Əslində, işıq sürətindən daha sürətli hərəkət edən qalaktikalar artıq bizə görünmədikləri "kosmoloji hadisə üfüqünü" keçəcəklər.

Bundan əlavə, 1990-cı illərə qədər uzaq qalaktikaların qırmızı yerdəyişməsinin ölçülməsi göstərdi ki, son bir neçə milyard il ərzində Kainatın genişlənməsi sürətlənir. Bu, "Qaranlıq Enerji" nəzəriyyəsinə gətirib çıxardı ki, burada görünməz qüvvə kosmosun genişlənməsinə onun içindən hərəkət edən cisimlər deyil (işıq sürətinə məhdudiyyət qoymadan və ya nisbiliyi pozmadan) özünü idarə edir.

Xüsusi və ümumi nisbiliklə yanaşı, vakuumda işığın sürətinin müasir dəyəri kosmologiyadan, kvant mexanikasından və hissəciklər fizikasının Standart Modelindən inkişaf etmişdir. Kütləsiz hissəciklərin hərəkət edə biləcəyi yuxarı həddə gəldikdə sabit qalır və kütləsi olan hissəciklər üçün əlçatmaz bir maneə olaraq qalır.

Yəqin ki, nə vaxtsa işıq sürətini aşmağın bir yolunu tapacağıq. Bunun necə baş verə biləcəyi ilə bağlı praktiki fikrimiz olmasa da, görünür, texnologiyadakı "ağıllı pul" bizə ya əyilmə qabarcıqları (aka. Alcubierre warp drive) yaratmaqla, ya da onun vasitəsilə tunel açmaqla (aka. qurd dəlikləri).

qurd dəlikləri nədir?

O vaxta qədər biz sadəcə olaraq gördüyümüz Kainatla kifayətlənməli və ənənəvi metodlardan istifadə etməklə əldə edilə bilən hissəni araşdırmaq məcburiyyətində qalacağıq.

Oxuduğunuz məqalənin adı "İşığın sürəti nədir?".

Əksər magistral yollarda sürət həddi 90 ilə 110 kilometr arasındadır. Kosmosun vakuumunda yol nişanları olmasa da, orada da sürət həddi var - bu, saatda 1080000000 kilometrdir.

Təbiətdəki ən yüksək sürət

Bu, təbiətdəki işığın ən sürətli sürətidir. Alimlər adətən işığın sürətini saniyədə kilometrlərlə - saniyədə 300 min kilometrlə verirlər. İşıq fotonlardan ibarətdir. Onlar belə çılğın sürətlə uça bilənlərdir.

Xüsusi hissəciklər - fotonlar

Alimlər fotonları hissəciklər adlandırırlar. Ancaq bunlar çox özünəməxsus hissəciklərdir. Onların istirahət kütləsi yoxdur, yəni adi mənada çəkisi yoxdur. Təmiz enerji olacaq və tərkibində bir dənə də olsa maddə olmayan belə real bir şeyi təsəvvür etmək çətindir. Fotonlar belə bir reallıqdır. fotonların maksimum sürətini yüksək hesab etməyə adət etdiyimiz sürətlərlə müqayisə edin.

İşıq sürəti ilə uçan bir kosmik gəminin kənar müşahidəçi üçün xətti ölçüləri olmazdı. Məsələn, günəş sistemindən kənara uçmaq üçün hazırlanmış Pioneer raketini götürək. Belə ki, Günəş sistemindən ayrılan Pioneer saniyədə 60 kilometr sürətə malik olub. Pis deyil! O, Nyu Yorkdan San Fransiskoya qədər olan məsafəni bir dəqiqə yarıma qət edə bilirdi. Amma saniyədə 300.000 kilometr olan bir fotonun sürəti ilə müqayisədə Pioneer-in sürəti ilbiz sürətinə bənzəyir. Yaxud Günəşin kosmosda nə qədər sürətlə hərəkət etdiyini görək.

Əlaqədar materiallar:

Ulduzlar niyə parlayır?

Amma siz bu cümləni oxuduğunuz vaxtda Günəş, Yer və günəş sistemimizin digər səkkiz planeti karusel atları kimi Samanyolu ətrafında saniyədə 230 kilometr sürətlə qaçırlar (eyni zamanda biz özümüz belə inanılmaz sürətlə uçduğumuzu hiss etmirik). Lakin bu nəhəng sürət işıq sürəti ilə müqayisədə çox kiçikdir və təxminən yüzdə birə bərabərdir.

İşıq və obyektlərin sürəti

Adi bir obyekti təxminən işıq sürətinə qədər sürətləndirsəniz, onun başına qeyri-adi macəralar başlamağa başlayacaq. Bədən belə sürətlərə çatdıqda, müşahidəçi cismin xətti ölçülərində və kütləsində dəyişiklik hiss edəcək. Hətta zaman dəyişməyə başlayacaq. İşıq sürətinin 90 faizi ilə hərəkət edən kosmik gəminin ölçüsü təxminən yarıya qədər kiçiləcək. Sürət artdıqca, işıq sürətinə çatdıqda xətti ölçülərini tamamilə itirənə qədər getdikcə azalacaq.