ความเร็วแสงคืออะไร? เหตุใดความเร็วแสงบนนิ้วของคุณ™จึงคงที่

> ความเร็วแสง

ค้นหาว่าอันไหน ความเร็วของแสงในสุญญากาศเป็นค่าคงที่พื้นฐานในวิชาฟิสิกส์ อ่านว่าความเร็วของการแพร่กระจายของแสง m/s เท่ากับเท่าใด กฎ หรือสูตรการวัด

ความเร็วแสงในสุญญากาศ– หนึ่งในค่าคงที่พื้นฐานในวิชาฟิสิกส์

วัตถุประสงค์การเรียนรู้

• เปรียบเทียบความเร็วแสงกับดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลาง

ประเด็นหลัก

• ตัวบ่งชี้ความเร็วแสงสูงสุดที่เป็นไปได้คือแสงในสุญญากาศ (ไม่เปลี่ยนแปลง)
• C เป็นสัญลักษณ์ของความเร็วแสงในสุญญากาศ ถึง 299,792,458 ม./วินาที
• เมื่อแสงเข้าสู่ตัวกลาง ความเร็วของแสงจะลดลงเนื่องจากการหักเหของแสง คำนวณโดยใช้สูตร v = c/n

เงื่อนไข

• ความเร็วแสงพิเศษ: ปรับหลักสัมพัทธภาพและความคงที่ของความเร็วแสง
• ดัชนีการหักเหของแสงคืออัตราส่วนของความเร็วแสงในอากาศ/สุญญากาศต่อตัวกลางอื่น

ความเร็วแสง

ความเร็วแสงทำหน้าที่เป็นจุดเปรียบเทียบเพื่อกำหนดบางสิ่งที่เร็วมาก แต่มันคืออะไร?

ลำแสงเคลื่อนที่จากโลกไปยังดวงจันทร์ในช่วงเวลาที่จำเป็นสำหรับการผ่านของพัลส์แสง - 1.255 วินาทีที่ระยะวงโคจรเฉลี่ย

คำตอบนั้นง่าย: เรากำลังพูดถึงความเร็วของโฟตอนและอนุภาคแสง ความเร็วแสงคืออะไร? ความเร็วแสงในสุญญากาศสูงถึง 299,792,458 m/s นี่เป็นค่าคงที่สากลที่ใช้ในสาขาฟิสิกส์ต่างๆ

ลองใช้สมการ E = mc 2 (E คือพลังงาน และ m คือมวล) ซึ่งเทียบเท่ากับมวล-พลังงาน โดยใช้ความเร็วแสงผูกมัดอวกาศและเวลา ที่นี่คุณไม่เพียงแต่จะพบคำอธิบายเกี่ยวกับพลังงานเท่านั้น แต่ยังระบุอุปสรรคของความเร็วอีกด้วย

ความเร็วคลื่นแสงในสุญญากาศถูกใช้อย่างแข็งขันเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ ตัวอย่างเช่น ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษระบุว่านี่คือขีดจำกัดความเร็วตามธรรมชาติ แต่เรารู้ว่าความเร็วขึ้นอยู่กับตัวกลางและการหักเหของแสง:

v = c/n (v คือความเร็วจริงของแสงที่ผ่านตัวกลาง c คือความเร็วแสงในสุญญากาศ และ n คือดัชนีการหักเหของแสง) ดัชนีการหักเหของอากาศคือ 1.0003 และความเร็วของแสงที่มองเห็นคือ 90 กม./วินาที ช้ากว่าวินาที

สัมประสิทธิ์ลอเรนซ์

วัตถุที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วจะแสดงคุณลักษณะบางอย่างที่ขัดแย้งกับตำแหน่งของกลศาสตร์แบบคลาสสิก ตัวอย่างเช่น การติดต่อที่ยาวนานและเวลากำลังขยายออกไป โดยปกติแล้วเอฟเฟกต์เหล่านี้จะมีเพียงเล็กน้อย แต่จะมองเห็นได้ชัดเจนกว่าที่ความเร็วสูงเช่นนี้ ค่าสัมประสิทธิ์ลอเรนซ์ (γ) เป็นปัจจัยที่เกิดการขยายเวลาและการหดตัวของความยาว:

γ = (1 - โวลต์ 2 /c 2) -1/2 γ = (1 - โวลต์ 2 /c 2) -1/2 γ = (1 - โวลต์ 2 /c 2) -1/2

ที่ความเร็วต่ำ v 2 /c 2 เข้าใกล้ 0 และ γ ประมาณ = 1 อย่างไรก็ตาม เมื่อความเร็วเข้าใกล้ c γ จะเพิ่มขึ้นเป็นอนันต์

คำบรรยาย
ครูถามเด็ก ๆ อะไรคือสิ่งที่เร็วที่สุดในโลก?
Tanechka พูดว่า: คำที่เร็วที่สุด ฉันแค่บอกว่าคุณจะไม่กลับมา
วาเนชกา พูดว่า: ไม่ใช่ แสงนั้นเร็วที่สุด
ทันทีที่ฉันกดสวิตช์ ห้องก็สว่างขึ้นทันที
และวัตถุของ Vovochka: สิ่งที่เร็วที่สุดในโลกคืออาการท้องร่วง
ครั้งหนึ่งฉันเป็นคนใจร้อนจนไม่พูดอะไรสักคำ
ฉันไม่มีเวลาพูดอะไรหรือเปิดไฟ

คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าทำไมความเร็วแสงถึงสูงสุด มีขอบเขตจำกัด และคงที่ในจักรวาลของเรา? นี่เป็นคำถามที่น่าสนใจมากและฉันจะเปิดเผยความลับอันเลวร้ายของคำตอบในฐานะสปอยเลอร์ทันที - ไม่มีใครรู้ว่าทำไม ความเร็วแสงถูกถ่ายเช่น ยอมรับทางจิตใจด้วยค่าคงที่และบนสมมติฐานนี้ เช่นเดียวกับแนวคิดที่ว่ากรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมดเท่ากัน อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ได้สร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของเขา ซึ่งทำให้นักวิทยาศาสตร์ไม่พอใจมาเป็นเวลาร้อยปี ทำให้ไอน์สไตน์สามารถติดลิ้นของเขาได้ ออกไปสู่โลกกว้างโดยไม่ต้องรับโทษและยิ้มในหลุมศพของเขาเหนือมิติหมูที่เขาปลูกไว้บนมวลมนุษยชาติ

แต่ทำไมในความเป็นจริง มันคงที่ สูงสุดและสุดท้ายไม่มีคำตอบ นี่เป็นเพียงสัจพจน์นั่นคือ ข้อความที่แสดงความเชื่อ ซึ่งได้รับการยืนยันจากการสังเกตและสามัญสำนึก แต่ไม่สามารถอนุมานได้ในเชิงตรรกะหรือทางคณิตศาสตร์จากทุกที่ และมีแนวโน้มว่าจะไม่จริงนัก แต่ยังไม่มีใครสามารถหักล้างมันด้วยประสบการณ์ใด ๆ ได้

ฉันมีความคิดของตัวเองเกี่ยวกับเรื่องนี้ และจะคิดเพิ่มเติมในภายหลัง แต่สำหรับตอนนี้ มาทำให้มันง่ายกันดีกว่า บนนิ้วของคุณ™ฉันจะพยายามตอบอย่างน้อยหนึ่งส่วน - ความเร็วแสงหมายถึงอะไร "คงที่"

ไม่ ฉันจะไม่ทำให้คุณเบื่อกับการทดลองทางความคิดเกี่ยวกับสิ่งที่จะเกิดขึ้นหากคุณเปิดไฟหน้าด้วยจรวดที่บินด้วยความเร็วแสง ฯลฯ ซึ่งตอนนี้นอกประเด็นไปแล้ว

หากคุณดูในหนังสืออ้างอิงหรือวิกิพีเดีย ความเร็วแสงในสุญญากาศถูกกำหนดให้เป็นค่าคงที่ทางกายภาพพื้นฐาน อย่างแน่นอนเท่ากับ 299,792,458 เมตรต่อวินาที คือพูดคร่าวๆ มันจะอยู่ที่ประมาณ 300,000 กม./วินาที แต่ถ้า ถูกต้องเลย- 299,792,458 เมตรต่อวินาที.

ดูเหมือนว่าความแม่นยำดังกล่าวมาจากไหน? ค่าคงที่ทางคณิตศาสตร์หรือฟิสิกส์ใดๆ ก็ตาม แม้แต่พาย หรือแม้แต่ฐานของลอการิทึมธรรมชาติ จแม้แต่ค่าคงที่แรงโน้มถ่วง G หรือค่าคงที่ของพลังค์ ชม.มีบางส่วนอยู่เสมอ ตัวเลขหลังจุดทศนิยม. ในพาย ปัจจุบันทราบตำแหน่งทศนิยมเหล่านี้ประมาณ 5 ล้านล้านตำแหน่ง (แม้ว่าจะมีเพียง 39 หลักแรกเท่านั้นที่มีความหมายทางกายภาพ) ค่าคงที่แรงโน้มถ่วงถูกกำหนดให้เป็น G ~ 6.67384(80)x10 -11 และค่าคงที่ของ Plank ชม.~ 6.62606957(29)x10 -34 .

ความเร็วแสงในสุญญากาศคือ เรียบ 299,792,458 เมตร/วินาที หรือมากกว่านั้นไม่ใช่หนึ่งเซนติเมตร หรือน้อยกว่าหนึ่งนาโนวินาที ต้องการทราบว่าความแม่นยำนี้มาจากไหน?

ทุกอย่างเริ่มต้นตามปกติกับชาวกรีกโบราณ วิทยาศาสตร์เช่นนี้ในความหมายสมัยใหม่ไม่มีอยู่ในหมู่พวกเขา นักปรัชญาของกรีกโบราณถูกเรียกว่านักปรัชญาเพราะพวกเขาประดิษฐ์เรื่องไร้สาระขึ้นมาในหัวก่อน จากนั้นจึงใช้ข้อสรุปเชิงตรรกะ (และบางครั้งก็เป็นการทดลองทางกายภาพจริง) พวกเขาพยายามพิสูจน์หรือหักล้างมัน อย่างไรก็ตาม การใช้การวัดทางกายภาพและปรากฏการณ์ในชีวิตจริงถือเป็นหลักฐาน "ประเภทสอง" ซึ่งไม่สามารถเปรียบเทียบกับข้อสรุปเชิงตรรกะชั้นหนึ่งที่ได้รับโดยตรงจากศีรษะได้

บุคคลแรกที่คิดถึงการมีอยู่ของความเร็วของแสงนั้นถือเป็นนักปรัชญา Empidocles ซึ่งระบุว่าแสงคือการเคลื่อนไหว และการเคลื่อนไหวต้องมีความเร็ว เขาถูกอริสโตเติลคัดค้านเขา ซึ่งแย้งว่าแสงเป็นเพียงการมีอยู่ของบางสิ่งในธรรมชาติ และนั่นคือทั้งหมด และไม่มีอะไรเคลื่อนไหวไปไหนเลย แต่นั่นเป็นอย่างอื่น! โดยทั่วไปยุคลิดและปโตเลมีเชื่อว่าแสงส่องออกมาจากดวงตาของเรา แล้วตกลงไปที่วัตถุ ดังนั้นเราจึงมองเห็นมัน กล่าวโดยสรุป ชาวกรีกโบราณโง่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้จนกระทั่งพวกเขาถูกยึดครองโดยชาวโรมันโบราณคนเดียวกัน

ในยุคกลาง นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ยังคงเชื่อว่าความเร็วของการแพร่กระจายของแสงนั้นไม่มีที่สิ้นสุด หนึ่งในนั้นได้แก่ Descartes, Kepler และ Fermat

แต่บางคนเช่นเดียวกับกาลิเลโอเชื่อว่าแสงมีความเร็วจึงสามารถวัดได้ การทดลองของกาลิเลโอซึ่งจุดตะเกียงและให้แสงสว่างแก่ผู้ช่วยที่อยู่ห่างจากกาลิเลโอหลายกิโลเมตร เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวาง เมื่อเห็นแสงสว่างแล้ว ผู้ช่วยก็จุดตะเกียง และกาลิเลโอพยายามวัดความล่าช้าระหว่างช่วงเวลาเหล่านี้ โดยธรรมชาติแล้วเขาไม่ประสบความสำเร็จ และในที่สุดเขาก็ถูกบังคับให้เขียนในงานเขียนของเขาว่าหากแสงมีความเร็ว แสงก็จะสูงมากและไม่สามารถวัดได้ด้วยความพยายามของมนุษย์ ดังนั้นจึงถือว่าไม่มีที่สิ้นสุด

การวัดความเร็วแสงที่บันทึกไว้ครั้งแรกนั้นเกิดจากนักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์ก Olaf Roemer ในปี 1676 ภายในปีนี้ นักดาราศาสตร์ซึ่งติดกล้องโทรทรรศน์ของกาลิเลโอรุ่นเดียวกันนั้น กำลังสังเกตการณ์ดาวเทียมของดาวพฤหัสบดีอย่างแข็งขันและคำนวณระยะเวลาการหมุนรอบตัวเองด้วย นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า ไอโอ ดวงจันทร์ที่อยู่ใกล้ดาวพฤหัสที่สุด มีคาบการหมุนรอบตัวเองประมาณ 42 ชั่วโมง อย่างไรก็ตาม โรเมอร์สังเกตเห็นว่าบางครั้งไอโอก็ปรากฏตัวจากด้านหลังดาวพฤหัสบดีเร็วกว่าที่คาดไว้ 11 นาที และบางครั้งก็ปรากฏช้ากว่านั้น 11 นาที เมื่อปรากฎว่า Io ปรากฏขึ้นก่อนหน้านี้ในช่วงเวลาดังกล่าวเมื่อโลกหมุนรอบดวงอาทิตย์เข้าใกล้ดาวพฤหัสบดีในระยะทางขั้นต่ำและล่าช้าไป 11 นาทีเมื่อโลกอยู่ในตำแหน่งตรงข้ามของวงโคจรดังนั้นจึงอยู่ห่างจาก ดาวพฤหัสบดี

โรเมอร์แบ่งเส้นผ่านศูนย์กลางของวงโคจรของโลกอย่างโง่เขลา (ซึ่งเป็นที่รู้จักไม่มากก็น้อยในสมัยนั้น) ด้วยเวลา 22 นาที โรเมอร์ได้รับความเร็วแสง 220,000 กม./วินาที โดยสูญเสียค่าที่แท้จริงไปประมาณหนึ่งในสาม

ในปี ค.ศ. 1729 นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ เจมส์ แบรดลีย์ สังเกตการณ์ พารัลแลกซ์(โดยเบี่ยงเบนตำแหน่งเล็กน้อย) ดาวเอตามิ (แกมมา ดราโคนิส) ค้นพบผลกระทบ ความผิดปกติของแสง, เช่น. การเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของดวงดาวที่อยู่ใกล้เราที่สุดในท้องฟ้าเนื่องจากการโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์

จากผลของความคลาดเคลื่อนของแสงที่ค้นพบโดยแบรดลีย์ ยังสรุปได้ว่าแสงมีความเร็วจำกัดในการแพร่กระจาย ซึ่งแบรดลีย์ยึดได้ โดยคำนวณว่ามีค่าประมาณ 301,000 กม./วินาที ซึ่งมีความแม่นยำอยู่แล้วที่ 1% ของ คุณค่าที่รู้กันในปัจจุบัน

ตามมาด้วยการวัดความกระจ่างทั้งหมดโดยนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ แต่เนื่องจากเชื่อกันว่าแสงคือคลื่นและคลื่นไม่สามารถแพร่กระจายได้ด้วยตัวเอง บางสิ่งบางอย่างจึงต้อง "ตื่นเต้น" ความคิดเรื่องการมีอยู่ของ " อีเธอร์เรืองแสง” เกิดขึ้น ซึ่งเป็นการค้นพบว่าอัลเบิร์ต มิเชลสัน นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันล้มเหลวอย่างน่าสมเพช เขาไม่ได้ค้นพบอีเทอร์เรืองแสงใดๆ แต่ในปี พ.ศ. 2422 เขาได้ทำให้ความเร็วแสงชัดเจนขึ้นเป็น 299,910±50 กม./วินาที

ในเวลาเดียวกัน Maxwell ได้ตีพิมพ์ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของเขาซึ่งหมายความว่าความเร็วแสงไม่เพียงแต่จะวัดได้โดยตรงเท่านั้น แต่ยังได้มาจากค่าของการซึมผ่านทางไฟฟ้าและแม่เหล็กด้วยซึ่งทำได้โดยการชี้แจงค่าของ ความเร็วแสงเป็น 299,788 กม./วินาที ในปี 1907

ในที่สุด ไอน์สไตน์ประกาศว่าความเร็วแสงในสุญญากาศนั้นคงที่และไม่ได้ขึ้นอยู่กับสิ่งใดเลย ในทางตรงกันข้าม อย่างอื่นทั้งหมด เช่น การเพิ่มความเร็วและการค้นหาระบบอ้างอิงที่ถูกต้อง ผลกระทบของการขยายเวลาและการเปลี่ยนแปลงของระยะทางเมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง และผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพอื่น ๆ อีกมากมาย ขึ้นอยู่กับความเร็วของแสง (เพราะรวมอยู่ในสูตรทั้งหมดดังนี้ ค่าคงที่) กล่าวโดยสรุป ทุกสิ่งในโลกมีความสัมพันธ์กัน และความเร็วแสงก็คือปริมาณที่สัมพันธ์กับสิ่งอื่นๆ ทั้งหมดในโลกของเราสัมพันธ์กัน บางทีเราควรมอบฝ่ามือให้ลอเรนซ์ แต่อย่าค้าขายเลย ไอน์สไตน์ก็คือไอน์สไตน์

การกำหนดค่าที่แน่นอนของค่าคงที่นี้ยังคงดำเนินต่อไปตลอดศตวรรษที่ 20 โดยในแต่ละทศวรรษนักวิทยาศาสตร์พบว่ามีมากขึ้นเรื่อยๆ ตัวเลขหลังจุดทศนิยมด้วยความเร็วแสงจนความสงสัยคลุมเครือเริ่มเกิดขึ้นในหัวของพวกเขา

เมื่อพิจารณาได้อย่างแม่นยำมากขึ้นเรื่อยๆ ว่าแสงเดินทางในสุญญากาศต่อวินาทีได้กี่เมตรต่อวินาที นักวิทยาศาสตร์จึงเริ่มสงสัยว่าเรากำลังวัดค่าอะไรในหน่วยเมตร ท้ายที่สุดแล้ว หนึ่งเมตรก็เท่ากับความยาวของแท่งแพลตตินัม-อิริเดียมที่บางคนลืมไปในพิพิธภัณฑ์ใกล้ปารีส!

และในตอนแรกความคิดในการแนะนำมิเตอร์มาตรฐานก็ดูดีมาก เพื่อไม่ให้ต้องทนกับระยะหลา เท้า และระยะหยั่งรู้อื่นๆ ชาวฝรั่งเศสในปี พ.ศ. 2334 จึงตัดสินใจใช้การวัดมาตรฐานของความยาวหนึ่งในสิบล้านของระยะทางจากขั้วโลกเหนือถึงเส้นศูนย์สูตรตามเส้นเมริเดียนที่ตัดผ่านปารีส พวกเขาวัดระยะนี้ด้วยความแม่นยำที่มีอยู่ในเวลานั้น หล่อแท่งจากโลหะผสมแพลตตินัม-อิริเดียม (แม่นยำกว่า ทองเหลืองตัวแรก จากนั้นเป็นแพลตตินัม และแพลทินัม-อิริเดียม) แล้วใส่ไว้ในหอชั่งน้ำหนักและการวัดแบบปารีสแห่งนี้ ตัวอย่าง. ยิ่งเราไปไกลเท่าไร ปรากฎว่าพื้นผิวโลกเปลี่ยนแปลงไป ทวีปต่างๆ กำลังเปลี่ยนรูป เส้นเมอริเดียนกำลังขยับ และลืมไป 1 ใน 10 ล้านส่วน และเริ่มนับความยาวของแท่งไม้เป็นเมตร ซึ่งอยู่ในโลงศพคริสตัลของ "สุสาน" แห่งปารีส

การบูชารูปเคารพดังกล่าวไม่เหมาะกับนักวิทยาศาสตร์ที่แท้จริง นี่ไม่ใช่จัตุรัสแดง (!) และในปี 1960 มีการตัดสินใจที่จะลดความซับซ้อนของแนวคิดของมิเตอร์ให้เป็นคำจำกัดความที่ชัดเจนโดยสิ้นเชิง - มิเตอร์นั้นเท่ากับความยาวคลื่น 1,650,763.73 ที่ปล่อยออกมาจากการเปลี่ยนแปลงของ อิเล็กตรอนระหว่างระดับพลังงาน 2p10 ถึง 5d5 ของไอโซโทปที่ไม่ถูกกระตุ้นของธาตุคริปทอน-86 ในสุญญากาศ แล้วชัดเจนกว่านี้อีกแค่ไหน?

สิ่งนี้ดำเนินไปเป็นเวลา 23 ปีในขณะที่ความเร็วแสงในสุญญากาศถูกวัดด้วยความแม่นยำที่เพิ่มขึ้น จนกระทั่งในปี 1983 ในที่สุดแม้แต่การถอยหลังเข้าคลองที่ดื้อรั้นที่สุดก็ตระหนักว่าความเร็วของแสงนั้นเป็นค่าคงที่ที่แม่นยำและเหมาะสมที่สุด ไม่ใช่แบบใดแบบหนึ่ง ของไอโซโทปของคริปทอน และมีการตัดสินใจที่จะพลิกทุกอย่างกลับหัวกลับหาง (ถ้าคิดให้แม่นยำยิ่งขึ้น ก็ตัดสินใจพลิกทุกอย่างกลับหัวกลับหาง) ตอนนี้เป็นความเร็วแสง กับเป็นค่าคงที่ที่แท้จริง และเมตรคือระยะทางที่แสงเดินทางในสุญญากาศในหน่วย (1/299,792,458) วินาที

คุณค่าที่แท้จริงของความเร็วแสงยังคงได้รับการชี้แจงในปัจจุบัน แต่สิ่งที่น่าสนใจคือในการทดลองใหม่แต่ละครั้ง นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้ชี้แจงความเร็วแสง แต่อธิบายความยาวที่แท้จริงของเมตร และยิ่งความเร็วแสงถูกค้นพบได้แม่นยำมากขึ้นในทศวรรษต่อๆ ไป เราก็จะได้มิเตอร์ที่แม่นยำยิ่งขึ้นในที่สุด

และไม่ใช่ในทางกลับกัน

เอาล่ะ กลับไปที่แกะของเรากันดีกว่า เหตุใดความเร็วแสงในสุญญากาศของเอกภพของเราจึงเป็นค่าสูงสุด มีขอบเขตและคงที่ นี่คือวิธีที่ฉันเข้าใจมัน

ทุกคนรู้ดีว่าความเร็วของเสียงในโลหะ และในตัวของแข็งเกือบทุกชนิด นั้นสูงกว่าความเร็วของเสียงในอากาศมาก ตรวจสอบได้ง่ายมาก เพียงแนบหูแนบกับรางรถไฟ คุณจะได้ยินเสียงรถไฟที่กำลังเข้าใกล้เร็วกว่าในอากาศมาก ทำไมเป็นเช่นนั้น? เห็นได้ชัดว่าเสียงนั้นเหมือนกันโดยพื้นฐานแล้วและความเร็วของการแพร่กระจายของมันขึ้นอยู่กับตัวกลางในการกำหนดค่าของโมเลกุลที่ตัวกลางนี้ประกอบด้วยความหนาแน่นของมันกับพารามิเตอร์ของโครงตาข่ายคริสตัล - กล่าวโดยย่อว่า สถานะปัจจุบันของตัวกลางที่เสียงส่งผ่าน

และถึงแม้ว่าความคิดเรื่องอีเทอร์เรืองแสงได้ถูกละทิ้งไปนานแล้ว แต่สุญญากาศที่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายนั้นไม่ได้ไม่มีอะไรแน่นอนอย่างแน่นอนไม่ว่ามันจะว่างเปล่าสำหรับเราแค่ไหนก็ตาม

ฉันเข้าใจว่าการเปรียบเทียบนั้นค่อนข้างลึกซึ้ง แต่นั่นเป็นเรื่องจริง บนนิ้วของคุณ™เดียวกัน! เหมือนกับการเปรียบเทียบที่เข้าถึงได้อย่างชัดเจน และไม่มีทางเป็นการเปลี่ยนผ่านจากกฎฟิสิกส์ชุดหนึ่งไปสู่กฎอื่นๆ โดยตรง ฉันเพียงขอให้คุณจินตนาการว่าความเร็วของการแพร่กระจายของการสั่นสะเทือนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (และโดยทั่วไป รวมถึงการสั่นสะเทือนใดๆ รวมถึงกลูออนและแรงโน้มถ่วง) เช่นเดียวกับความเร็วของเสียงในเหล็กที่ "เย็บ" เข้ากับราง จากที่นี่เราเต้นรำ

UPD: อย่างไรก็ตาม ฉันขอเชิญ "ผู้อ่านที่มีเครื่องหมายดอกจัน" ลองจินตนาการว่าความเร็วแสงคงที่ใน "สุญญากาศที่ยากลำบาก" หรือไม่ ตัวอย่างเช่นเชื่อกันว่าเมื่อพลังงานของอุณหภูมิ 10–30 K สุญญากาศจะหยุดเพียงแค่เดือดด้วยอนุภาคเสมือนและเริ่ม "เดือดออกไป" เช่น โครงสร้างแห่งอวกาศแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย ปริมาณพลังค์เบลอและสูญเสียความหมายทางกายภาพ ฯลฯ ความเร็วแสงในสุญญากาศดังกล่าวจะยังเท่ากับหรือไม่ คหรือนี่จะเป็นจุดเริ่มต้นของทฤษฎีใหม่ "สุญญากาศเชิงสัมพัทธภาพ" ที่มีการแก้ไขเช่นสัมประสิทธิ์ลอเรนซ์ที่ความเร็วสูงสุด? ไม่รู้ ไม่รู้ เวลาจะบอก...

ความเร็วแสงในสื่อต่าง ๆ จะแตกต่างกันอย่างมาก ปัญหาคือตามนุษย์ไม่เห็นมันในช่วงสเปกตรัมทั้งหมด ธรรมชาติของต้นกำเนิดของรังสีแสงเป็นที่สนใจของนักวิทยาศาสตร์มาตั้งแต่สมัยโบราณ ความพยายามครั้งแรกในการคำนวณความเร็วแสงเกิดขึ้นตั้งแต่ 300 ปีก่อนคริสตกาล ในเวลานั้นนักวิทยาศาสตร์พิจารณาว่าคลื่นแพร่กระจายเป็นเส้นตรง

ตอบสนองอย่างรวดเร็ว

พวกเขาสามารถอธิบายคุณสมบัติของแสงและวิถีการเคลื่อนที่ด้วยสูตรทางคณิตศาสตร์ได้ เป็นที่รู้จักเมื่อ 2 พันปีหลังจากการวิจัยครั้งแรก

ฟลักซ์ส่องสว่างคืออะไร?

ลำแสงคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ารวมกับโฟตอน โฟตอนเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นองค์ประกอบที่ง่ายที่สุด ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าควอนตัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ฟลักซ์ส่องสว่างในทุกสเปกตรัมไม่สามารถมองเห็นได้ มันไม่ได้เคลื่อนที่ไปในอวกาศตามความหมายดั้งเดิมของคำ เพื่ออธิบายสถานะของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีอนุภาคควอนตัม จึงมีการนำแนวคิดเกี่ยวกับดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางเชิงแสงมาใช้

ฟลักซ์แสงจะถูกถ่ายโอนไปในอวกาศในรูปของลำแสงที่มีหน้าตัดขนาดเล็ก วิธีการเคลื่อนที่ในอวกาศได้มาจากวิธีทางเรขาคณิต นี่คือลำแสงเป็นเส้นตรงซึ่งเริ่มหักเหที่ชายแดนกับสื่อต่าง ๆ ทำให้เกิดวิถีโค้ง นักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์แล้วว่าความเร็วสูงสุดถูกสร้างขึ้นในสุญญากาศ ในสภาพแวดล้อมอื่น ความเร็วของการเคลื่อนที่อาจแตกต่างกันอย่างมาก นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาระบบที่ใช้ลำแสงและค่าที่ได้รับเป็นพื้นฐานในการหาและอ่านหน่วย SI บางตัว

ข้อเท็จจริงทางประวัติศาสตร์บางประการ

ประมาณ 900 ปีที่แล้ว อวิเซนาเสนอว่า ไม่ว่าค่าที่ระบุจะเป็นเท่าใด ความเร็วแสงก็ย่อมมีค่าจำกัด กาลิเลโอ กาลิเลอี พยายามทดลองคำนวณความเร็วแสง ผู้ทดลองใช้ไฟฉาย 2 ดวงเพื่อวัดระยะเวลาที่ลำแสงจากวัตถุหนึ่งจะมองเห็นไปยังอีกวัตถุหนึ่งได้ แต่การทดลองดังกล่าวไม่ประสบผลสำเร็จ ความเร็วนั้นสูงมากจนไม่สามารถตรวจจับเวลาหน่วงได้

กาลิเลโอ กาลิเลอีสังเกตว่าดาวพฤหัสบดีมีช่วงเวลาระหว่างคราสของดาวเทียมทั้งสี่ดวงที่ 1,320 วินาที จากการค้นพบเหล่านี้ ในปี 1676 โอเล โรเมอร์ นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์กคำนวณความเร็วการแพร่กระจายของลำแสงเป็น 222,000 กม./วินาที ในเวลานั้นการวัดนี้แม่นยำที่สุด แต่ไม่สามารถตรวจสอบได้ตามมาตรฐานของโลก

หลังจากผ่านไป 200 ปี Louise Fizeau ก็สามารถคำนวณความเร็วของลำแสงได้ด้วยการทดลอง เขาสร้างสิ่งติดตั้งพิเศษพร้อมกระจกและกลไกเกียร์ที่หมุนด้วยความเร็วสูง ฟลักซ์แสงสะท้อนจากกระจกและกลับมาอีกครั้งหลังจากผ่านไป 8 กม. เมื่อความเร็วล้อเพิ่มขึ้น ช่วงเวลาหนึ่งก็เกิดขึ้นเมื่อกลไกเกียร์กีดขวางลำแสง ดังนั้นความเร็วของลำแสงจึงถูกกำหนดไว้ที่ 312,000 กิโลเมตรต่อวินาที

ฟูโกต์ปรับปรุงอุปกรณ์นี้ โดยลดพารามิเตอร์ลงโดยเปลี่ยนกลไกเกียร์เป็นกระจกเรียบ ความแม่นยำในการวัดของเขาใกล้เคียงกับมาตรฐานสมัยใหม่มากที่สุดและมีค่าเท่ากับ 288,000 เมตรต่อวินาที ฟูโกต์พยายามคำนวณความเร็วแสงในตัวกลางแปลกปลอมโดยใช้น้ำเป็นพื้นฐาน นักฟิสิกส์สามารถสรุปได้ว่าค่านี้ไม่คงที่และขึ้นอยู่กับลักษณะของการหักเหของแสงในตัวกลางที่กำหนด

สุญญากาศคือพื้นที่ที่ปราศจากสสาร ความเร็วแสงในสุญญากาศในระบบ C กำหนดด้วยอักษรละติน C ซึ่งไม่สามารถบรรลุได้ ไม่มีรายการใดที่สามารถโอเวอร์คล็อกเป็นค่าดังกล่าวได้ นักฟิสิกส์สามารถจินตนาการถึงสิ่งที่อาจเกิดขึ้นกับวัตถุได้หากวัตถุมีความเร่งถึงขนาดนั้น ความเร็วการแพร่กระจายของลำแสงมีลักษณะคงที่คือ:

• คงที่และสุดท้าย;
• ไม่สามารถบรรลุได้และไม่เปลี่ยนแปลง

การรู้ค่าคงที่นี้ช่วยให้เราคำนวณความเร็วสูงสุดที่วัตถุสามารถเคลื่อนที่ได้ในอวกาศ ปริมาณการแพร่กระจายของลำแสงถือเป็นค่าคงที่พื้นฐาน ใช้เพื่อกำหนดลักษณะของกาล-อวกาศ นี่คือค่าสูงสุดที่อนุญาตสำหรับอนุภาคเคลื่อนที่ ความเร็วแสงในสุญญากาศเป็นเท่าใด? ค่าปัจจุบันได้มาจากการวัดในห้องปฏิบัติการและการคำนวณทางคณิตศาสตร์ เธอ เท่ากับ 299.792.458 เมตรต่อวินาที ด้วยความแม่นยำ ± 1.2 เมตร/วินาที. ในหลายสาขาวิชา รวมถึงสาขาวิชาในโรงเรียน การคำนวณโดยประมาณจะใช้ในการแก้ปัญหา ใช้ตัวบ่งชี้ที่เท่ากับ 3,108 m/s

คลื่นแสงในสเปกตรัมที่มนุษย์มองเห็นและคลื่นรังสีเอกซ์สามารถเร่งให้อ่านค่าได้ใกล้ความเร็วแสง ไม่สามารถเท่ากับค่าคงที่นี้หรือเกินกว่าค่าของมันได้ ค่าคงที่ได้มาจากการติดตามพฤติกรรมของรังสีคอสมิกในขณะที่เร่งความเร็วในเครื่องเร่งพิเศษ ขึ้นอยู่กับตัวกลางเฉื่อยที่ลำแสงแพร่กระจาย ในน้ำการส่งผ่านแสงจะลดลง 25% และในอากาศจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน ณ เวลาที่คำนวณ

การคำนวณทั้งหมดดำเนินการโดยใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพและกฎแห่งเหตุที่ไอน์สไตน์ได้มาจาก นักฟิสิกส์เชื่อว่าหากวัตถุมีความเร็วถึง 1,079,252,848.8 กิโลเมตรต่อชั่วโมงและเกินกว่านั้น โครงสร้างโลกของเราจะมีการเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ และระบบจะพังทลายลง เวลาจะเริ่มนับถอยหลัง ขัดขวางลำดับเหตุการณ์

คำจำกัดความของเมตรนั้นมาจากความเร็วของรังสีแสง เข้าใจว่าเป็นพื้นที่ที่ลำแสงสามารถเดินทางผ่านได้ใน 1/299792458 วินาที ไม่ควรสับสนแนวคิดนี้กับมาตรฐาน มาตรฐานมิเตอร์เป็นอุปกรณ์ทางเทคนิคพิเศษที่ใช้แคดเมียมพร้อมการแรเงาที่ช่วยให้คุณมองเห็นระยะทางที่กำหนดได้ทางกายภาพ

การแสดงยานอวกาศของศิลปินที่กระโดดไปสู่ ​​"ความเร็วแสง" เครดิต: ศูนย์วิจัย NASA/Glenn

ตั้งแต่สมัยโบราณ นักปรัชญาและนักวิทยาศาสตร์ต่างพยายามทำความเข้าใจเกี่ยวกับแสง นอกเหนือจากการพยายามระบุคุณสมบัติพื้นฐานของมัน (เช่น ไม่ว่าจะเป็นอนุภาคหรือคลื่น ฯลฯ) พวกเขายังพยายามวัดความเร็วที่มันเคลื่อนที่อย่างจำกัดอีกด้วย ตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 17 นักวิทยาศาสตร์ได้ทำเช่นนั้นและมีความแม่นยำเพิ่มมากขึ้น

ในการทำเช่นนั้น พวกเขาได้รับความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับกลศาสตร์ของแสง และวิธีที่แสงมีบทบาทสำคัญในฟิสิกส์ ดาราศาสตร์ และจักรวาลวิทยา พูดง่ายๆ ก็คือ แสงเดินทางด้วยความเร็วอันน่าเหลือเชื่อและเป็นวัตถุที่เคลื่อนที่เร็วที่สุดในจักรวาล ความเร็วของมันคือสิ่งกีดขวางที่คงที่และผ่านไม่ได้ และถูกใช้เป็นการวัดระยะทาง แต่มันเคลื่อนที่เร็วแค่ไหน?

ความเร็วแสง (s):

แสงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ 1,079,252,848.8 กม./ชม. (1.07 พันล้าน) ซึ่งกลายเป็น 299,792,458 เมตรต่อวินาที วางทุกอย่างเข้าที่ หากคุณสามารถเดินทางด้วยความเร็วแสง คุณสามารถโคจรรอบโลกได้ประมาณเจ็ดครึ่งครั้งต่อวินาที ในขณะเดียวกัน คนที่บินด้วยความเร็วเฉลี่ย 800 กม./ชม. จะใช้เวลามากกว่า 50 ชั่วโมงในการโคจรรอบโลก

ภาพประกอบแสดงระยะทางที่แสงเดินทางระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ เครดิต: LucasVB/โดเมนสาธารณะ

ลองดูสิ่งนี้จากมุมมองทางดาราศาสตร์ ระยะทางเฉลี่ยตั้งแต่ 384,398.25 กม. ดังนั้นแสงจึงเดินทางในระยะนี้ภายในเวลาประมาณหนึ่งวินาที ในขณะเดียวกันโดยเฉลี่ยอยู่ที่ 149,597,886 กม. ซึ่งหมายความว่าการเดินทางครั้งนี้จะใช้เวลาเพียงประมาณ 8 นาทีเท่านั้นที่แสงในการเดินทาง

จึงไม่น่าแปลกใจว่าทำไมความเร็วแสงจึงเป็นหน่วยเมตริกที่ใช้กำหนดระยะทางทางดาราศาสตร์ เมื่อเราบอกว่าดาวฤกษ์เช่น , อยู่ห่างออกไป 4.25 ปีแสง เราหมายความว่าการเดินทางด้วยความเร็วคงที่ 1.07 พันล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมงจะใช้เวลาประมาณ 4 ปี 3 เดือนจึงจะไปถึงที่นั่น แต่เรามาถึงค่าเฉพาะของความเร็วแสงได้อย่างไร

ประวัติการศึกษา:

จนถึงศตวรรษที่ 17 นักวิทยาศาสตร์มั่นใจว่าแสงเดินทางด้วยความเร็วจำกัดหรือในทันทีทันใด ตั้งแต่สมัยกรีกโบราณไปจนถึงนักศาสนศาสตร์อิสลามยุคกลางและนักวิชาการสมัยใหม่ ได้มีการถกเถียงกันมากมาย แต่จนกระทั่งผลงานของนักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์ก Ole Roemer (1644-1710) ปรากฏขึ้นซึ่งมีการวัดเชิงปริมาณครั้งแรก

ในปี ค.ศ. 1676 โรเมอร์ตั้งข้อสังเกตว่าคาบของดวงจันทร์ชั้นในสุดของดาวพฤหัส ไอโอ ดูสั้นลงเมื่อโลกเข้าใกล้ดาวพฤหัสมากกว่าตอนที่มันเคลื่อนตัวออกไป จากข้อมูลนี้ เขาสรุปได้ว่าแสงเดินทางด้วยความเร็วจำกัดและคาดว่าจะใช้เวลาประมาณ 22 นาทีในการข้ามเส้นผ่านศูนย์กลางของวงโคจรโลก

ศาสตราจารย์อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ในการบรรยาย Josiah Willard Gibbs ครั้งที่ 11 ที่สถาบันเทคโนโลยีคาร์เนกี เมื่อวันที่ 28 ธันวาคม พ.ศ. 2477 โดยเขาอธิบายทฤษฎีของเขาที่ว่าสสารและพลังงานเป็นสิ่งเดียวกันในรูปแบบที่แตกต่างกัน เครดิต: AP Photo

คริสเตียน ฮอยเกนส์ใช้ค่าประมาณนี้และรวมกับค่าประมาณเส้นผ่านศูนย์กลางของวงโคจรโลกเพื่อให้ได้ค่าประมาณ 220,000 กิโลเมตรต่อวินาที ไอแซก นิวตันยังรายงานเกี่ยวกับการคำนวณของโรเมอร์ในงานด้านทัศนศาสตร์ของเขาในปี 1706 ด้วย ด้วยการปรับระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ เขาคำนวณว่าแสงจะใช้เวลาเจ็ดหรือแปดนาทีในการเดินทางจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง ในทั้งสองกรณีมีข้อผิดพลาดค่อนข้างเล็กน้อย

การตรวจวัดในเวลาต่อมาโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Hippolyte Fizeau (1819-1896) และ Léon Foucault (1819-1868) ได้ปรับปรุงตัวเลขเหล่านี้ ซึ่งนำไปสู่ค่า 315,000 กม./วินาที และในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์เริ่มตระหนักถึงความเชื่อมโยงระหว่างแสงและแม่เหล็กไฟฟ้า

นักฟิสิกส์ทำได้โดยการวัดประจุแม่เหล็กไฟฟ้าและประจุไฟฟ้าสถิต จากนั้นพวกเขาค้นพบว่าค่าตัวเลขนั้นใกล้เคียงกับความเร็วแสงมาก (วัดโดย Fizeau) จากผลงานของเขาเอง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายในพื้นที่ว่าง นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน วิลเฮล์ม เอดูอาร์ด เวเบอร์ เสนอว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ความก้าวหน้าครั้งใหญ่ครั้งต่อไปเกิดขึ้นเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 ในบทความของเขาเรื่อง “On the Electrodynamics of Moving Bodies” อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์กล่าวว่าความเร็วของแสงในสุญญากาศ ซึ่งวัดโดยผู้สังเกตการณ์ที่มีความเร็วคงที่ จะเท่ากันในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมด และไม่ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของวัตถุ แหล่งที่มาหรือผู้สังเกตการณ์

ลำแสงเลเซอร์ที่ส่องผ่านแก้วน้ำแสดงให้เห็นว่ามีการเปลี่ยนแปลงกี่ครั้งเมื่อผ่านจากอากาศสู่แก้วสู่น้ำและกลับสู่อากาศ เครดิต: บ๊อบคิง

ไอน์สไตน์ได้ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษโดยใช้ข้อความนี้และหลักสัมพัทธภาพของกาลิเลโอ ซึ่งความเร็วแสงในสุญญากาศ (c) เป็นค่าคงที่พื้นฐาน ก่อนหน้านี้ ข้อตกลงระหว่างนักวิทยาศาสตร์คือพื้นที่นั้นเต็มไปด้วย "อีเทอร์เรืองแสง" ซึ่งมีหน้าที่ในการแพร่พันธุ์ - กล่าวคือ แสงที่เคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่กำลังเคลื่อนที่จะส่องไปที่ส่วนท้ายของตัวกลาง

ในทางกลับกัน หมายความว่าความเร็วที่วัดได้ของแสงจะเท่ากับผลรวมของความเร็วที่ผ่านตัวกลางบวกกับความเร็วของตัวกลางนั้น อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีของไอน์สไตน์ทำให้แนวคิดเรื่องอีเทอร์ที่อยู่นิ่งนั้นไร้ประโยชน์ และได้เปลี่ยนแนวคิดเรื่องอวกาศและเวลา

ไม่เพียงแต่ทำให้แนวคิดที่ว่าความเร็วแสงเท่ากันในกรอบเฉื่อยทั้งหมดเท่านั้น แต่ยังชี้ให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงสำคัญเกิดขึ้นเมื่อสิ่งต่างๆ เคลื่อนที่เข้าใกล้ความเร็วแสงอีกด้วย ซึ่งรวมถึงกรอบกาล-อวกาศของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ซึ่งดูเหมือนจะช้าลง และทิศทางการเคลื่อนที่เมื่อการวัดมาจากมุมมองของผู้สังเกต (นั่นคือ การขยายเวลาเชิงสัมพัทธภาพ ซึ่งเวลาช้าลงเมื่อเข้าใกล้ความเร็วแสง) .

การสังเกตของเขายังสอดคล้องกับสมการไฟฟ้าและแม่เหล็กของแม็กซ์เวลล์ตามกฎกลศาสตร์ ทำให้การคำนวณทางคณิตศาสตร์ง่ายขึ้นโดยการหลีกเลี่ยงข้อโต้แย้งที่ไม่เกี่ยวข้องของนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ และสอดคล้องกับการสังเกตความเร็วแสงโดยตรง

สสารและพลังงานมีความคล้ายคลึงกันเพียงใด?

ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 การวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้นโดยใช้เลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์และโพรงเรโซแนนซ์ช่วยปรับปรุงการประมาณความเร็วแสงให้ละเอียดยิ่งขึ้น ภายในปี 1972 กลุ่มหนึ่งที่สำนักงานมาตรฐานแห่งชาติของสหรัฐอเมริกาในเมืองโบลเดอร์ รัฐโคโลราโด ได้ใช้เลเซอร์อินเตอร์เฟอโรเมทเพื่อให้ได้ค่าที่ยอมรับในปัจจุบันที่ 299,792,458 เมตร/วินาที

บทบาทในดาราศาสตร์ฟิสิกส์สมัยใหม่:

ทฤษฎีของไอน์สไตน์ที่ว่าความเร็วแสงในสุญญากาศไม่ได้ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิด และกรอบอ้างอิงเฉื่อยของผู้สังเกตการณ์ ได้รับการยืนยันอย่างสม่ำเสมอจากการทดลองหลายครั้ง นอกจากนี้ยังกำหนดขีดจำกัดบนของความเร็วที่อนุภาคและคลื่นไร้มวล (รวมถึงแสง) สามารถเคลื่อนที่ได้ในสุญญากาศ

ผลลัพธ์อย่างหนึ่งคือตอนนี้จักรวาลวิทยามองว่าอวกาศและเวลาเป็นโครงสร้างเดียวที่เรียกว่ากาลอวกาศ ซึ่งความเร็วแสงสามารถใช้เพื่อกำหนดค่าของทั้งสองค่าได้ (เช่น ปีแสง นาทีแสง และวินาทีแสง) การวัดความเร็วแสงอาจเป็นปัจจัยสำคัญในการพิจารณาความเร่งของการขยายตัวของจักรวาล

ในช่วงต้นทศวรรษ 1920 ด้วยการสังเกตการณ์ของเลอแมตร์และฮับเบิล นักวิทยาศาสตร์และนักดาราศาสตร์เริ่มตระหนักว่าจักรวาลกำลังขยายตัวจากจุดกำเนิดของมัน ฮับเบิลยังสังเกตเห็นด้วยว่ายิ่งกาแลคซีอยู่ไกลเท่าไร มันก็จะเคลื่อนที่เร็วขึ้นเท่านั้น สิ่งที่เรียกว่าค่าคงที่ฮับเบิลในปัจจุบันคือความเร็วที่เอกภพกำลังขยายตัว ซึ่งมีค่าเท่ากับ 68 กิโลเมตร/วินาทีต่อเมกะพาร์เซก

จักรวาลขยายตัวเร็วแค่ไหน?

ปรากฏการณ์นี้ซึ่งนำเสนอเป็นทฤษฎี หมายความว่ากาแลคซีบางแห่งอาจเคลื่อนที่เร็วกว่าความเร็วแสง ซึ่งอาจจำกัดสิ่งที่เราสังเกตเห็นในจักรวาลของเรา โดยพื้นฐานแล้ว กาแลคซีที่เดินทางเร็วกว่าความเร็วแสงจะข้าม "ขอบฟ้าเหตุการณ์ทางจักรวาลวิทยา" ซึ่งเราไม่สามารถมองเห็นได้อีกต่อไป

นอกจากนี้ ภายในคริสต์ทศวรรษ 1990 การตรวจวัดการเลื่อนไปทางแดงของกาแลคซีไกลโพ้นแสดงให้เห็นว่าการขยายตัวของเอกภพได้เร่งตัวขึ้นในช่วงสองสามพันล้านปีที่ผ่านมา สิ่งนี้นำไปสู่ทฤษฎี "พลังงานมืด" ซึ่งแรงที่มองไม่เห็นเป็นตัวขับเคลื่อนการขยายตัวของอวกาศ แทนที่จะเป็นวัตถุที่เคลื่อนที่ผ่านอวกาศ (โดยไม่จำกัดความเร็วแสงหรือการทำลายสัมพัทธภาพ)

นอกจากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปแล้ว ค่าสมัยใหม่สำหรับความเร็วแสงในสุญญากาศยังพัฒนามาจากจักรวาลวิทยา กลศาสตร์ควอนตัม และแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค มันจะคงที่เมื่อถึงขีดจำกัดบนที่อนุภาคไร้มวลสามารถเคลื่อนที่ได้ และยังคงเป็นอุปสรรคสำหรับอนุภาคที่มีมวลซึ่งไม่สามารถบรรลุได้

สักวันหนึ่งเราคงจะพบวิธีที่จะเกินความเร็วแสงได้ แม้ว่าเราจะไม่มีแนวคิดเชิงปฏิบัติว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้อย่างไร แต่ดูเหมือนว่า "เงินอันชาญฉลาด" ในเทคโนโลยีจะช่วยให้เราสามารถหลีกเลี่ยงกฎแห่งกาลอวกาศ โดยการสร้างฟองวาร์ป (aka. Alcubierre warp drive) หรือการขุดอุโมงค์ผ่านมัน (aka. รูหนอน)

รูหนอนคืออะไร?

จนกว่าจะถึงตอนนั้น เราจะต้องพอใจกับจักรวาลที่เราเห็น และยึดติดกับการสำรวจส่วนที่สามารถเข้าถึงได้โดยใช้วิธีการแบบเดิมๆ

ชื่อบทความที่คุณอ่าน “ความเร็วแสงเป็นเท่าใด?”.

การจำกัดความเร็วบนทางหลวงส่วนใหญ่อยู่ระหว่าง 90 ถึง 110 กิโลเมตร แม้ว่าจะไม่มีป้ายถนนในสุญญากาศของอวกาศ แต่ก็มีการจำกัดความเร็วด้วยเช่นกัน ซึ่งก็คือ 1080000000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง

ความเร็วสูงสุดในธรรมชาติ

นี่คือความเร็วแสงที่เร็วที่สุดในธรรมชาติ นักวิทยาศาสตร์มักจะให้ความเร็วแสงเป็นกิโลเมตรต่อวินาที - 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที แสงประกอบด้วยโฟตอน พวกเขาคือคนที่สามารถบินด้วยความเร็วอันบ้าคลั่งเช่นนี้

อนุภาคประหลาด - โฟตอน

นักวิทยาศาสตร์เรียกอนุภาคโฟตอนว่า แต่สิ่งเหล่านี้เป็นอนุภาคที่แปลกประหลาดมาก พวกเขาไม่มีมวลนิ่ง นั่นคือ ตามความหมายปกติแล้ว พวกเขาไม่มีน้ำหนัก เป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการถึงบางสิ่งที่จริงมากจนอาจเป็นพลังงานบริสุทธิ์และไม่มีสสารแม้แต่เมล็ดเดียว โฟตอนเป็นความจริงเช่นนี้ เปรียบเทียบความเร็วสูงสุดของโฟตอนกับความเร็วที่เราคุ้นเคยว่าสูง

ยานอวกาศที่บินด้วยความเร็วแสงจะไม่มีมิติเชิงเส้นสำหรับผู้สังเกตการณ์ภายนอก ตัวอย่างเช่น จรวดไพโอเนียร์ซึ่งสร้างขึ้นเพื่อบินเกินระบบสุริยะ ดังนั้น เมื่อออกจากระบบสุริยะ ไพโอเนียร์จึงมีความเร็ว 60 กิโลเมตรต่อวินาที ไม่เลว! เขาสามารถครอบคลุมระยะทางจากนิวยอร์กถึงซานฟรานซิสโกได้ภายในหนึ่งนาทีครึ่ง แต่เมื่อเทียบกับความเร็วของโฟตอนที่ 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที ความเร็วของไพโอเนียร์ดูเหมือนก้าวของหอยทาก หรือเรามาดูกันว่าดวงอาทิตย์เคลื่อนที่ผ่านอวกาศเร็วแค่ไหน

วัสดุที่เกี่ยวข้อง:

ทำไมดวงดาวถึงส่องแสง?

แต่ในขณะที่คุณกำลังอ่านประโยคนี้ ดวงอาทิตย์ โลก และดาวเคราะห์อีกแปดดวงในระบบสุริยะของเราก็กำลังวิ่งไปรอบทางช้างเผือกเหมือนม้าหมุนด้วยความเร็ว 230 กิโลเมตรต่อวินาที (ขณะเดียวกันเรา ตัวเราเองไม่ได้สังเกตด้วยซ้ำว่าเรากำลังบินด้วยความเร็วอันเหลือเชื่อเช่นนี้) แต่ความเร็วมหาศาลนี้ถือว่าน้อยมากเมื่อเทียบกับความเร็วแสงและมีค่าประมาณหนึ่งเปอร์เซ็นต์

ความเร็วแสงและวัตถุ

หากคุณเร่งความเร็ววัตถุธรรมดาให้มีความเร็วประมาณแสง การผจญภัยที่พิเศษสุดก็จะเริ่มเกิดขึ้นกับวัตถุนั้น เมื่อวัตถุถึงความเร็วดังกล่าว ผู้สังเกตจะสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงในมิติเชิงเส้นและมวลของวัตถุ แม้แต่เวลาก็จะเริ่มเปลี่ยนไป ยานอวกาศที่เดินทางด้วยความเร็วแสงร้อยละ 90 จะมีขนาดลดลงประมาณครึ่งหนึ่ง เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น มันจะลดลงเรื่อยๆ จนกระทั่งเมื่อถึงความเร็วแสง มันจะสูญเสียมิติเชิงเส้นไปโดยสิ้นเชิง