Hvad er lysets hastighed? Hvorfor lysets hastighed er konstant på dine fingre™

> Lysets hastighed

Find ud af hvilken lysets hastighed i et vakuum er en grundlæggende konstant i fysik. Læs hvad lysets udbredelseshastighed m/s er lig, loven, måleformlen.

Lysets hastighed i vakuum– en af ​​de grundlæggende konstanter i fysik.

Læringsmål

• Sammenlign lysets hastighed med mediets brydningsindeks.

Hovedpunkter

• Den maksimalt mulige indikator for lysets hastighed er lys i et vakuum (uændret).
• C er symbolet for lysets hastighed i et vakuum. Når 299.792.458 m/s.
• Når lys kommer ind i et medie, sænkes dets hastighed på grund af brydning. Beregnet ved hjælp af formlen v = c/n.

Betingelser

• Særlig lyshastighed: Forening af relativitetsprincippet og lyshastighedens konstanthed.
• Brydningsindeks er forholdet mellem lysets hastighed i luft/vakuum og et andet medium.

Lysets hastighed

Lysets hastighed fungerer som et sammenligningspunkt for at definere noget som ekstremt hurtigt. Men hvad er det?

Lysstrålen bevæger sig fra Jorden til Månen i det tidsrum, der kræves for passage af en lysimpuls - 1,255 s ved den gennemsnitlige omløbsafstand

Svaret er enkelt: vi taler om hastigheden af ​​fotoner og lyspartikler. Hvad er lysets hastighed? Lysets hastighed i et vakuum når 299.792.458 m/s. Dette er en universel konstant, der kan anvendes inden for forskellige fysikområder.

Lad os tage ligningen E = mc 2 (E er energi og m er masse). Det er masse-energi-ækvivalenten, der bruger lysets hastighed til at binde rum og tid. Her kan du ikke kun finde en forklaring på energi, men også identificere forhindringer for fart.

Lysets bølgehastighed i et vakuum bruges aktivt til forskellige formål. Eksempelvis siger den særlige relativitetsteori, at der er tale om en naturlig fartgrænse. Men vi ved, at hastigheden afhænger af mediet og brydningen:

v = c/n (v er den faktiske lyshastighed, der passerer gennem mediet, c er lysets hastighed i et vakuum, og n er brydningsindekset). Luftens brydningsindeks er 1,0003, og hastigheden af ​​synligt lys er 90 km/s langsommere end s.

Lorentz koefficient

Hurtigt bevægende objekter viser visse egenskaber, der er i konflikt med den klassiske mekaniks position. For eksempel udvides lange kontakter og tid. Normalt er disse effekter minimale, men er mere synlige ved så høje hastigheder. Lorentz-koefficienten (γ) er den faktor, hvor tidsudvidelse og længdekontraktion forekommer:

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

Ved lave hastigheder nærmer v 2 /c 2 sig 0, og γ ca. = 1. Men når hastigheden nærmer sig c, stiger γ til uendelig.

epigrafi
Læreren spørger: Børn, hvad er det hurtigste i verden?
Tanechka siger: Det hurtigste ord. Jeg sagde bare, du kommer ikke tilbage.
Vanechka siger: Nej, lys er det hurtigste.
Så snart jeg trykkede på kontakten, blev rummet straks lyst.
Og Vovochka indvender: Den hurtigste ting i verden er diarré.
Jeg var engang så utålmodig, at jeg ikke sagde et ord
Jeg havde ikke tid til at sige noget eller tænde lyset.

Har du nogensinde undret dig over, hvorfor lysets hastighed er maksimal, begrænset og konstant i vores univers? Dette er et meget interessant spørgsmål, og med det samme, som en spoiler, vil jeg give den frygtelige hemmelighed af svaret på det væk - ingen ved præcis hvorfor. Lysets hastighed tages, dvs. mentalt accepteret for en konstant, og på dette postulat, såvel som på ideen om, at alle inerti-referencerammer er ens, byggede Albert Einstein sin specielle relativitetsteori, som har pisket videnskabsmænd af i hundrede år, hvilket har givet Einstein mulighed for at stikke tungen. ustraffet ud i verden og grine i sin grav over de dimensioner grisen, som han plantede på hele menneskeheden.

Men hvorfor er det i virkeligheden så konstant, så maksimalt og så endeligt, der er ikke noget svar, dette er blot et aksiom, dvs. et udsagn taget på tro, bekræftet af observationer og sund fornuft, men ikke logisk eller matematisk at udlede fra noget sted. Og det er ret sandsynligt, at det ikke er så sandt, men ingen har endnu med nogen erfaring kunnet modbevise det.

Jeg har mine egne tanker om denne sag, mere om dem senere, men for nu, lad os holde det enkelt, på dine fingre™ Jeg vil prøve at besvare mindst én del - hvad betyder lysets hastighed "konstant".

Nej, jeg vil ikke kede dig med tankeeksperimenter om, hvad der ville ske, hvis du tændte forlygterne i en raket, der flyver med lysets hastighed osv., det er nu lidt off topic.

Hvis du kigger i en opslagsbog eller Wikipedia, er lysets hastighed i et vakuum defineret som en fundamental fysisk konstant, der Nemlig svarende til 299.792.458 m/s. Altså, det vil groft sagt være omkring 300.000 km/s, men hvis lige præcis- 299.792.458 meter i sekundet.

Det ser ud til, hvor kommer sådan nøjagtighed fra? En hvilken som helst matematisk eller fysisk konstant, uanset hvad, selv Pi, selv bunden af ​​den naturlige logaritme e, selv gravitationskonstanten G eller Plancks konstant h, altid indeholde nogle tal efter decimalkommaet. I Pi er omkring 5 billioner af disse decimaler kendt i øjeblikket (selvom kun de første 39 cifre har nogen fysisk betydning), gravitationskonstanten er i dag defineret som G ~ 6,67384(80)x10 -11, og konstanten Plank h~ 6,62606957(29)x10 -34 .

Lysets hastighed i vakuum er glat 299.792.458 m/s, ikke en centimeter mere, ikke et nanosekund mindre. Vil du vide, hvor denne nøjagtighed kommer fra?

Det hele startede som sædvanligt med de gamle grækere. Videnskab som sådan, i ordets moderne betydning, eksisterede ikke blandt dem. Filosofferne i det antikke Grækenland blev kaldt filosoffer, fordi de først opfandt noget lort i deres hoveder, og derefter, ved hjælp af logiske konklusioner (og nogle gange rigtige fysiske eksperimenter), forsøgte de at bevise eller modbevise det. Brugen af ​​fysiske målinger og fænomener fra det virkelige liv blev af dem anset for at være "andenklasses" beviser, som ikke kan sammenlignes med førsteklasses logiske konklusioner opnået direkte fra hovedet.

Den første person, der tænker på eksistensen af ​​lysets egen hastighed, anses for at være filosoffen Empidocles, der sagde, at lys er bevægelse, og bevægelse skal have hastighed. Han blev indvendt af Aristoteles, som hævdede, at lys simpelthen er tilstedeværelsen af ​​noget i naturen, og det er alt. Og intet bevæger sig nogen steder. Men det er noget andet! Euklid og Ptolemæus troede generelt, at lys udsendes fra vores øjne og derefter falder på genstande, og derfor ser vi dem. Kort sagt, de gamle grækere var så dumme, de kunne, indtil de blev erobret af de samme gamle romere.

I middelalderen fortsatte de fleste videnskabsmænd med at tro, at lysets udbredelseshastighed var uendelig, blandt dem var for eksempel Descartes, Kepler og Fermat.

Men nogle, som Galileo, mente, at lyset havde hastighed og derfor kunne måles. Eksperimentet med Galileo, der tændte en lampe og gav lys til en assistent, der var placeret flere kilometer fra Galileo, er almindeligt kendt. Efter at have set lyset tændte assistenten sin lampe, og Galileo forsøgte at måle forsinkelsen mellem disse øjeblikke. Det lykkedes naturligvis ikke, og til sidst blev han tvunget til at skrive i sine skrifter, at hvis lyset har en hastighed, så er det ekstremt højt og kan ikke måles ved menneskelig indsats, og derfor kan det betragtes som uendeligt.

Den første dokumenterede måling af lysets hastighed tilskrives den danske astronom Olaf Roemer i 1676. På dette år observerede astronomer, bevæbnet med den samme Galileos teleskoper, aktivt Jupiters satellitter og beregnede endda deres rotationsperioder. Forskere har fastslået, at den nærmeste måne til Jupiter, Io, har en rotationsperiode på cirka 42 timer. Roemer bemærkede dog, at Io nogle gange dukker op bag Jupiter 11 minutter tidligere end forventet, og nogle gange 11 minutter senere. Som det viste sig, optræder Io tidligere i de perioder, hvor Jorden, der roterer rundt om Solen, nærmer sig Jupiter med en minimumsafstand og halter 11 minutter bagud, når Jorden er i det modsatte sted af kredsløbet, og derfor er længere fra kredsløbet. Jupiter.

Ved dumt at dividere diameteren af ​​jordens kredsløb (og det var allerede mere eller mindre kendt i de dage) med 22 minutter, modtog Roemer lysets hastighed 220.000 km/s, og manglede den sande værdi med omkring en tredjedel.

I 1729 observerede den engelske astronom James Bradley parallakse(ved en lille afvigelse i placering) opdagede stjernen Etamin (Gamma Draconis) effekten afvigelser af lys, dvs. en ændring i placeringen af ​​stjernerne nærmest os på himlen på grund af Jordens bevægelse omkring Solen.

Ud fra effekten af ​​lysaberration, opdaget af Bradley, kan det også konkluderes, at lys har en begrænset udbredelseshastighed, som Bradley greb og beregnede den til at være cirka 301.000 km/s, hvilket allerede er inden for en nøjagtighed på 1 % af værdien kendt i dag.

Dette blev efterfulgt af alle de afklarende målinger fra andre videnskabsmænd, men da man troede, at lys er en bølge, og en bølge ikke kan forplante sig på egen hånd, skal noget "ophidses", ideen om eksistensen af ​​en " luminiferous ether” opstod, hvis opdagelse den amerikanske fejlslagne fysiker Albert Michelson. Han opdagede ikke nogen lysende æter, men i 1879 præciserede han lysets hastighed til 299.910±50 km/s.

Omtrent på samme tid udgav Maxwell sin teori om elektromagnetisme, hvilket betyder, at lysets hastighed ikke kun blev mulig at måle direkte, men også at udlede af værdierne for elektrisk og magnetisk permeabilitet, hvilket blev gjort ved at tydeliggøre værdien af lysets hastighed til 299.788 km/s i 1907.

Endelig erklærede Einstein, at lysets hastighed i et vakuum er en konstant og ikke afhænger af noget som helst. Tværtimod, alt andet - tilføjelse af hastigheder og finde de korrekte referencesystemer, effekterne af tidsudvidelse og ændringer i afstande ved bevægelse med høje hastigheder og mange andre relativistiske effekter afhænger af lysets hastighed (fordi det er inkluderet i alle formler som f.eks. en konstant). Kort sagt, alt i verden er relativt, og lysets hastighed er den mængde i forhold, som alle andre ting i vores verden er relative til. Her burde vi måske give håndfladen til Lorentz, men lad os ikke være merkantile, Einstein er Einstein.

Den nøjagtige bestemmelse af værdien af ​​denne konstant fortsatte gennem det 20. århundrede, hvor hvert årti videnskabsmænd fandt mere og mere tal efter decimalkomma med lysets hastighed, indtil der begyndte at opstå vage mistanker i deres hoveder.

Ved at bestemme mere og mere præcist, hvor mange meter lys rejser i et vakuum pr. sekund, begyndte forskerne at spekulere på, hvad det er, vi måler i meter? I sidste ende er en meter jo bare længden af ​​en platin-iridiumpind, som nogen har glemt på et museum nær Paris!

Og i starten virkede ideen om at introducere en standardmåler god. For ikke at lide med yards, fødder og andre skrå favne besluttede franskmændene i 1791 at tage som standard længdemål en ti-milliontedel af afstanden fra Nordpolen til ækvator langs meridianen, der passerer gennem Paris. De målte denne afstand med den nøjagtighed, der var til rådighed på det tidspunkt, støbte en pind af en platin-iridium (mere præcist, først messing, så platin og derefter platin-iridium) legering og anbragte den i netop dette parisiske kammer af vægte og mål som en prøve. Jo længere vi kommer, jo mere viser det sig, at jordens overflade ændrer sig, kontinenterne deformeres, meridianerne forskydes, og med en ti-milliontedel har de glemt det og begyndte at tælle som en meter længden af ​​pinden. der ligger i krystalkisten i det parisiske "mausoleum".

En sådan afgudsdyrkelse passer ikke til en rigtig videnskabsmand, det er ikke den Røde Plads (!), og i 1960 blev det besluttet at forenkle begrebet måleren til en helt åbenlys definition - måleren er nøjagtigt lig med 1.650.763,73 bølgelængder udsendt ved overgangen mellem elektroner mellem energiniveauerne 2p10 og 5d5 af den uexciterede isotop af grundstoffet Krypton-86 i et vakuum. Nå, hvor meget mere klart?

Dette fortsatte i 23 år, mens lysets hastighed i et vakuum blev målt med stigende nøjagtighed, indtil i 1983, endelig, indså selv de mest genstridige retrograder, at lysets hastighed er den mest nøjagtige og ideelle konstant, og ikke en slags. af isotop af krypton. Og det blev besluttet at vende alt på hovedet (mere præcist, hvis du tænker over det, blev det besluttet at vende alt på hovedet igen), nu lysets hastighed Med er en sand konstant, og en meter er den afstand, lyset rejser i et vakuum på (1/299.792.458) sekunder.

Den reelle værdi af lysets hastighed bliver fortsat afklaret i dag, men det interessante er, at forskerne med hvert nyt eksperiment ikke afklarer lysets hastighed, men den sande længde af meteren. Og jo mere præcist lysets hastighed findes i de kommende årtier, jo mere præcis måleren får vi i sidste ende.

Og ikke omvendt.

Nå, lad os nu vende tilbage til vores får. Hvorfor er lysets hastighed i vakuumet i vores univers maksimal, endelig og konstant? Sådan forstår jeg det.

Alle ved, at lydens hastighed i metal, og i næsten enhver fast krop, er meget højere end lydens hastighed i luft. Dette er meget nemt at kontrollere; bare læg øret til skinnen, og du vil være i stand til at høre lyden af ​​et nærgående tog meget tidligere end gennem luften. Hvorfor det? Det er indlysende, at lyden i det væsentlige er den samme, og hastigheden af ​​dens udbredelse afhænger af mediet, af konfigurationen af ​​de molekyler, som dette medium består af, af dets tæthed, af parametrene for dets krystalgitter - kort sagt på den aktuelle tilstand af det medie, hvorigennem lyden transmitteres.

Og selvom ideen om lysende æter længe er blevet forladt, er det vakuum, gennem hvilket elektromagnetiske bølger udbreder sig, ikke absolut ingenting, uanset hvor tomt det kan virke for os.

Jeg forstår, at analogien er noget langt ude, men det er sandt på dine fingre™ samme! Netop som en tilgængelig analogi, og på ingen måde som en direkte overgang fra et sæt fysiske love til andre, beder jeg dig kun om at forestille dig, at udbredelseshastigheden af ​​elektromagnetiske (og generelt alle, inklusive gluon og gravitation) vibrationer, ligesom lydens hastighed i stål er "syet ind i" skinnen. Herfra danser vi.

UPD: I øvrigt inviterer jeg "læsere med en stjerne" til at forestille sig, om lysets hastighed forbliver konstant i et "svært vakuum." For eksempel menes det, at ved energier af størrelsesordenen temperatur 10-30 K stopper vakuumet simpelthen med at koge med virtuelle partikler og begynder at "koge væk", dvs. rummets stof falder i stykker, Planck-mængder sløres og mister deres fysiske betydning osv. Ville lysets hastighed i et sådant vakuum stadig være lig med c, eller vil dette markere begyndelsen på en ny teori om "relativistisk vakuum" med korrektioner som Lorentz-koefficienter ved ekstreme hastigheder? Jeg ved det ikke, jeg ved det ikke, tiden vil vise...

Lysets hastighed i forskellige medier varierer betydeligt. Vanskeligheden er, at det menneskelige øje ikke ser det i hele spektralområdet. Naturen af ​​lysstrålernes oprindelse har interesseret videnskabsmænd siden oldtiden. De første forsøg på at beregne lysets hastighed blev gjort så tidligt som 300 f.Kr. På det tidspunkt fastslog videnskabsmænd, at bølgen forplantede sig i en lige linje.

Hurtig reaktion

De formåede med matematiske formler at beskrive lysets egenskaber og dets bevægelsesbane. blev kendt 2 tusind år efter den første forskning.

Hvad er lysstrøm?

En lysstråle er en elektromagnetisk bølge kombineret med fotoner. Fotoner forstås som de enkleste grundstoffer, som også kaldes kvanter af elektromagnetisk stråling. Lysstrømmen i alle spektre er usynlig. Den bevæger sig ikke i rummet i ordets traditionelle betydning. For at beskrive tilstanden af ​​en elektromagnetisk bølge med kvantepartikler introduceres begrebet brydningsindeks for et optisk medium.

Lysstrømmen overføres i rummet i form af en stråle med et lille tværsnit. Metoden til bevægelse i rummet er afledt af geometriske metoder. Dette er en retlinet stråle, som ved grænsen til forskellige medier begynder at bryde og danner en krum bane. Forskere har bevist, at den maksimale hastighed skabes i et vakuum; i andre miljøer kan bevægelseshastigheden variere betydeligt. Forskere har udviklet et system, hvor en lysstråle og en afledt værdi er grundlaget for udledning og aflæsning af visse SI-enheder.

Nogle historiske fakta

For omkring 900 år siden foreslog Avicena, at uanset den nominelle værdi har lysets hastighed en endelig værdi. Galileo Galilei forsøgte eksperimentelt at beregne lysets hastighed. Ved hjælp af to lommelygter forsøgte forsøgslederne at måle den tid, hvor en lysstråle fra en genstand ville være synlig for en anden. Men sådan et eksperiment viste sig at være mislykket. Hastigheden var så høj, at de ikke var i stand til at registrere forsinkelsestiden.

Galileo Galilei bemærkede, at Jupiter havde et interval mellem formørkelser af sine fire satellitter på 1320 sekunder. Baseret på disse opdagelser beregnede den danske astronom Ole Roemer i 1676 en lysstråles udbredelseshastighed til 222 tusinde km/sek. På det tidspunkt var denne måling den mest nøjagtige, men den kunne ikke verificeres efter jordiske standarder.

Efter 200 år var Louise Fizeau i stand til eksperimentelt at beregne hastigheden af ​​en lysstråle. Han skabte en speciel installation med et spejl og en gearmekanisme, der roterede med høj hastighed. Lysstrømmen blev reflekteret fra spejlet og vendte tilbage efter 8 km. Da hjulhastigheden steg, opstod der et øjeblik, hvor gearmekanismen blokerede strålen. Således blev strålens hastighed sat til 312 tusinde kilometer i sekundet.

Foucault forbedrede dette udstyr og reducerede parametrene ved at erstatte gearmekanismen med et fladt spejl. Hans målenøjagtighed viste sig at være tættest på den moderne standard og beløb sig til 288 tusind meter i sekundet. Foucault gjorde forsøg på at beregne lysets hastighed i et fremmed medium ved at bruge vand som grundlag. Fysikeren var i stand til at konkludere, at denne værdi ikke er konstant og afhænger af karakteristikaene for brydning i et givet medium.

Et vakuum er et rum frit for stof. Lysets hastighed i vakuum i C-systemet er betegnet med det latinske bogstav C. Det er uopnåeligt. Intet element kan overclockes til en sådan værdi. Fysikere kan kun forestille sig, hvad der kan ske med objekter, hvis de accelererer i en sådan grad. Udbredelseshastigheden af ​​en lysstråle har konstante egenskaber, den er:

• konstant og endelig;
• uopnåelige og uforanderlige.

At kende denne konstant giver os mulighed for at beregne den maksimale hastighed, hvormed objekter kan bevæge sig i rummet. Mængden af ​​udbredelse af en lysstråle genkendes som en fundamental konstant. Det bruges til at karakterisere rum-tid. Dette er den maksimalt tilladte værdi for bevægelige partikler. Hvad er lysets hastighed i et vakuum? Den aktuelle værdi blev opnået gennem laboratoriemålinger og matematiske beregninger. Hun lig med 299.792.458 meter i sekundet med en nøjagtighed på ± 1,2 m/s. I mange discipliner, også skoler, bruges omtrentlige beregninger til at løse problemer. Der tages en indikator svarende til 3.108 m/s.

Lysbølger i det menneskelige synlige spektrum og røntgenbølger kan accelereres til aflæsninger, der nærmer sig lysets hastighed. De kan ikke svare til denne konstant eller overskride dens værdi. Konstanten blev afledt baseret på sporing af kosmiske strålers adfærd i det øjeblik, hvor de accelererede, i specielle acceleratorer. Det afhænger af det inertielle medium, som strålen udbreder sig i. I vand er transmissionen af ​​lys 25 % lavere, og i luft vil det afhænge af temperatur og tryk på beregningstidspunktet.

Alle beregninger blev udført ved hjælp af relativitetsteorien og kausalitetsloven udledt af Einstein. Fysikeren mener, at hvis objekter når en hastighed på 1.079.252.848,8 kilometer/time og overskrider den, så vil der ske irreversible ændringer i vores verdens struktur, og systemet vil bryde sammen. Tiden begynder at tælle ned og forstyrrer begivenhedernes rækkefølge.

Definitionen af ​​måler er afledt af hastigheden af ​​en lysstråle. Det forstås som det område, som en lysstråle formår at rejse på 1/299792458 af et sekund. Dette koncept må ikke forveksles med standarden. Målerstandarden er en speciel cadmiumbaseret teknisk enhed med skravering, der giver dig mulighed for fysisk at se en given afstand.

Kunstnerens repræsentation af et rumskib, der springer til "lysets hastighed." Kredit: NASA/Glenn Research Center.

Siden oldtiden har filosoffer og videnskabsmænd søgt at forstå lys. Ud over at forsøge at bestemme dens grundlæggende egenskaber (dvs. om det er en partikel eller en bølge osv.), søgte de også at lave endelige målinger af, hvor hurtigt den bevæger sig. Siden slutningen af ​​det 17. århundrede har videnskabsmænd gjort netop det, og med stigende præcision.

Derved fik de en bedre forståelse af lysets mekanik, og hvordan det spiller en vigtig rolle i fysik, astronomi og kosmologi. Kort sagt rejser lyset med utrolige hastigheder og er det objekt i universet, der bevæger sig hurtigst. Dens hastighed er en konstant og uigennemtrængelig barriere og bruges som et mål for afstand. Men hvor hurtigt bevæger det sig?

Lysets hastighed(er):

Lys bevæger sig med en konstant hastighed på 1.079.252.848,8 km/t (1,07 mia.). Hvilket viser sig at være 299.792.458 m/s. Lad os sætte alt på sin plads. Hvis du kunne rejse med lysets hastighed, kunne du cirkle rundt om kloden cirka syv en halv gange i sekundet. I mellemtiden ville det tage en person, der flyver med en gennemsnitshastighed på 800 km/t mere end 50 timer at omgå planeten.

En illustration, der viser afstanden, lyset rejser mellem Jorden og Solen. Kredit: LucasVB/Public Domain.

Lad os se på dette fra et astronomisk synspunkt, den gennemsnitlige afstand fra til 384.398,25 km. Derfor rejser lyset denne afstand på omkring et sekund. I mellemtiden er gennemsnittet 149.597.886 km, hvilket betyder, at det kun tager omkring 8 minutter for lys at foretage denne rejse.

Det er da ikke så mærkeligt, hvorfor lysets hastighed er den metrik, der bruges til at bestemme astronomiske afstande. Når vi siger, at en stjerne som f.eks. , er 4,25 lysår væk, mener vi, at det vil tage omkring 4 år og 3 måneder at rejse med en konstant hastighed på 1,07 milliarder km/t. Men hvordan nåede vi frem til denne meget specifikke værdi for lysets hastighed?

Studiehistorie:

Indtil det 17. århundrede var videnskabsmænd overbeviste om, at lys rejste med en begrænset hastighed, eller øjeblikkeligt. Fra de gamle grækeres tid til middelalderens islamiske teologer og moderne lærde har der været debat. Men indtil værket af den danske astronom Ole Roemer (1644-1710) udkom, hvor de første kvantitative målinger blev udført.

I 1676 observerede Römer, at perioderne for Jupiters inderste måne Io forekom kortere, når Jorden nærmede sig Jupiter, end når den bevægede sig væk. Ud fra dette konkluderede han, at lys rejser med en begrænset hastighed og anslås at tage omkring 22 minutter at krydse diameteren af ​​Jordens kredsløb.

Professor Albert Einstein ved det 11. Josiah Willard Gibbs-foredrag på Carnegie Institute of Technology den 28. december 1934, hvor han forklarer sin teori om, at stof og energi er det samme i forskellige former. Kredit: AP Photo

Christiaan Huygens brugte dette estimat og kombinerede det med et estimat af diameteren af ​​Jordens bane for at nå frem til et estimat på 220.000 km/s. Isaac Newton rapporterede også om Roemers beregninger i hans banebrydende værk Optics fra 1706. Ved at justere for afstanden mellem Jorden og Solen beregnede han, at lys ville tage syv eller otte minutter at rejse fra den ene til den anden. I begge tilfælde var der en forholdsvis lille fejl.

Senere målinger fra de franske fysikere Hippolyte Fizeau (1819-1896) og Léon Foucault (1819-1868) forfinede disse tal, hvilket førte til en værdi på 315.000 km/s. Og i anden halvdel af det 19. århundrede blev forskerne opmærksomme på sammenhængen mellem lys og elektromagnetisme.

Dette blev opnået af fysikere ved at måle elektromagnetiske og elektrostatiske ladninger. De opdagede derefter, at den numeriske værdi var meget tæt på lysets hastighed (som målt af Fizeau). Baseret på hans eget arbejde, som viste, at elektromagnetiske bølger forplanter sig i det tomme rum, foreslog den tyske fysiker Wilhelm Eduard Weber, at lys var en elektromagnetisk bølge.

Det næste store gennembrud kom i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. I sit papir med titlen "On the Electrodynamics of Moving Bodies" udtaler Albert Einstein, at lysets hastighed i et vakuum, målt af en observatør med konstant hastighed, er den samme i alle inertielle referencerammer og er uafhængig af bevægelsen af kilden eller observatøren.

En laserstråle, der skinner gennem et glas vand, viser, hvor mange ændringer den gennemgår, når den går fra luft til glas til vand og tilbage til luft. Kredit: Bob King.

Ved at bruge dette udsagn og Galileos relativitetsprincip som grundlag, udledte Einstein den særlige relativitetsteori, hvor lysets hastighed i et vakuum (c) er en fundamental konstant. Forud for dette var enigheden mellem videnskabsfolk, at rummet var fyldt med en "luminiferous ether", som var ansvarlig for dens udbredelse - dvs. lys, der bevæger sig gennem et medium, der bevæger sig, vil spore i mediets hale.

Dette betyder igen, at den målte lyshastighed ville være den simple sum af dets hastighed gennem et medium plus hastigheden af ​​dette medium. Imidlertid gjorde Einsteins teori begrebet en stationær æter ubrugelig og ændrede begrebet rum og tid.

Ikke alene fremmede det ideen om, at lysets hastighed er den samme i alle inertiale rammer, men det antydede også, at der opstår store ændringer, når tingene bevæger sig tæt på lysets hastighed. Disse omfatter rum-tidsrammen for et bevægeligt legeme, der ser ud til at bremse, og bevægelsesretningen, når målingen er fra observatørens synspunkt (dvs. relativistisk tidsudvidelse, hvor tiden sænkes, når den nærmer sig lysets hastighed) .

Hans observationer stemmer også overens med Maxwells ligninger for elektricitet og magnetisme med mekanikkens love, forenkler matematiske beregninger ved at undgå andre videnskabsmænds ikke-relaterede argumenter og er i overensstemmelse med direkte observation af lysets hastighed.

Hvor ens er stof og energi?

I anden halvdel af det 20. århundrede raffinerede stadig mere præcise målinger ved hjælp af laserinterferometre og resonanshulrum yderligere estimater af lysets hastighed. I 1972 brugte en gruppe ved US National Bureau of Standards i Boulder, Colorado, laserinterferometri for at nå frem til den aktuelt accepterede værdi på 299.792.458 m/s.

Rolle i moderne astrofysik:

Einsteins teori om, at lysets hastighed i et vakuum ikke afhænger af kildens bevægelse og observatørens inerti-referenceramme, er siden uvægerligt blevet bekræftet af mange eksperimenter. Den sætter også en øvre grænse for den hastighed, hvormed alle masseløse partikler og bølger (inklusive lys) kan bevæge sig i et vakuum.

Et resultat af dette er, at kosmologier nu ser rum og tid som en enkelt struktur kendt som rumtid, hvor lysets hastighed kan bruges til at bestemme værdien af ​​begge (dvs. lysår, lysminutter og lyssekunder). Måling af lysets hastighed kan også være en vigtig faktor for at bestemme accelerationen af ​​universets udvidelse.

I begyndelsen af ​​1920'erne, med observationerne fra Lemaître og Hubble, blev videnskabsmænd og astronomer opmærksomme på, at universet udvidede sig fra dets oprindelse. Hubble bemærkede også, at jo længere væk en galakse er, jo hurtigere bevæger den sig. Det, der nu kaldes Hubble-konstanten, er den hastighed, hvormed universet udvider sig, den er lig med 68 km/s pr. megaparsek.

Hvor hurtigt udvider universet sig?

Dette fænomen, præsenteret som en teori, betyder, at nogle galakser faktisk kan bevæge sig hurtigere end lysets hastighed, hvilket kan sætte en grænse for, hvad vi observerer i vores univers. Grundlæggende ville galakser, der rejser hurtigere end lysets hastighed, krydse den "kosmologiske begivenhedshorisont", hvor de ikke længere er synlige for os.

Derudover viste målinger af rødforskydningen af ​​fjerne galakser i 1990'erne, at universets udvidelse er accelereret i løbet af de sidste par milliarder år. Dette førte til teorien om "Dark Energy", hvor en usynlig kraft driver selve rummets udvidelse frem for objekter, der bevæger sig igennem det (uden at sætte en grænse for lysets hastighed eller bryde relativitetsteorien).

Sammen med speciel og generel relativitetsteori har den moderne værdi for lysets hastighed i et vakuum udviklet sig fra kosmologi, kvantemekanik og partikelfysikkens standardmodel. Den forbliver konstant, når det kommer til den øvre grænse, hvor masseløse partikler kan bevæge sig, og forbliver en uopnåelig barriere for partikler med masse.

Vi vil nok en dag finde en måde at overskride lysets hastighed. Selvom vi ikke har nogen praktiske ideer om, hvordan dette kan ske, ser det ud til, at de "smarte penge" i teknologien vil give os mulighed for at omgå rumtidens love, enten ved at skabe warp-bobler (aka. Alcubierre warp drive) eller tunnelere gennem det (aka. ormehuller).

Hvad er ormehuller?

Indtil da må vi simpelthen nøjes med det univers, vi ser, og holde os til at udforske den del, der kan nås ved hjælp af konventionelle metoder.

Titlen på den artikel, du læser "Hvad er lysets hastighed?".

Hastighedsgrænsen på de fleste motorveje er mellem 90 og 110 kilometer. Selvom der ikke er vejskilte i det ydre rums vakuum, er der også en hastighedsgrænse der - det er 1080000000 kilometer i timen.

Naturens højeste hastighed

Dette er den hurtigste lyshastighed i naturen. Forskere angiver normalt lysets hastighed i kilometer i sekundet - 300.000 kilometer i sekundet. Lys består af fotoner. Det er dem, der kan flyve med så vanvittige hastigheder.

Besynderlige partikler - fotoner

Forskere kalder fotoner partikler. Men det er meget ejendommelige partikler. De har ingen hvilemasse, det vil sige, at de i almindelig forstand ikke har nogen vægt. Det er svært at forestille sig noget så virkeligt, som ville være ren energi og ikke ville indeholde et eneste stofkorn. Fotoner er sådan en realitet. sammenligne den maksimale hastighed af fotoner med de hastigheder, som vi er vant til at betragte som høje.

Et rumskib, der flyver med lysets hastighed, ville ikke have lineære dimensioner for en udefrakommende observatør. Tag for eksempel Pioneer-raketten, bygget til at flyve ud over solsystemet. Så da han forlod solsystemet, havde Pioneer en hastighed på 60 kilometer i sekundet. Ikke dårligt! Han kunne tilbagelægge afstanden fra New York til San Francisco på halvandet minut. Men sammenlignet med en fotons hastighed på 300.000 kilometer i sekundet, ligner Pioneerens hastighed et sneglefart. Eller lad os se, hvor hurtigt Solen bevæger sig gennem rummet.

Relaterede materialer:

Hvorfor skinner stjernerne?

Men i den tid, du læser denne sætning, suser Solen, Jorden og de andre otte planeter i vores solsystem rundt om Mælkevejen, som karruselheste, med en hastighed på 230 kilometer i sekundet (på samme tid, vi selv bemærker ikke engang, at vi flyver med sådan en utrolig hastighed). Men denne enorme hastighed er meget lille i forhold til lysets hastighed og udgør omkring én procent.

Lysets og genstandes hastighed

Hvis du accelererer et almindeligt objekt til omtrent lysets hastighed, vil ekstraordinære eventyr begynde at ske med det. Når kroppen når sådanne hastigheder, vil observatøren bemærke en ændring i objektets lineære dimensioner og masse. Selv tiden vil begynde at ændre sig. Et rumfartøj, der rejser med 90 procent af lysets hastighed, vil skrumpe i størrelse med omkring det halve. Efterhånden som hastigheden stiger, vil den falde mere og mere, indtil den, når den når lysets hastighed, helt mister sine lineære dimensioner.