ШТА ЈЕ БРЗИНА СВЕТЛОСТИ?

Send

Од давнина су филозофи и научници настојали да разумеју светлост. Осим што су покушали да разазнају његова основна својства (тј. Од чега су направљени - честица или талас итд.), Они су такође покушали да изврше коначна мерења колико брзо путује. Од краја 17. века, научници то раде и то са све већом тачношћу.

На тај начин су стекли боље разумевање механике светлости и важне улоге коју она игра у физици, астрономији и космологији. Једноставно речено, светлост се креће невероватним брзинама и ствар је најбрже покретна ствар у Универзуму. Његова брзина се сматра сталном и нераскидивом баријером и користи се као средство за мерење удаљености. Али колико брзо путује?

Брзина светлости (ц):

Светлост путује константном брзином од 1,079,252,848,8 (1,07 милијарди) км на сат. То успева до 299,792,458 м / с, односно око 670,616,629 мпх (миљама на сат). Да то посматрамо у перспективу, ако бисте могли да путујете брзином светлости, могли бисте заокружити Земљу око седам и по пута у једној секунди. У међувремену, особи која лети просјечном брзином од око 800 км / х (500 мпх) требало би више од 50 сати да кружи планетом само једном.

Да бисте то ставили у астрономску перспективу, просечна удаљеност од Земље до Месеца износи 384.398,25 км (238.854 миља). Тако светлост пређе ту раздаљину за око секунде. У међувремену, просечна удаљеност од Сунца до Земље је ~ 149,597,886 км (92,955,817 миља), што значи да је светлости потребно само око 8 минута да би прошло то путовање.

Није ни чудо зашто је брзина светлости метрика која се користи за одређивање астрономских растојања. Када кажемо да је звезда попут Прокиме Центаури удаљена 4,25 светлосних година, ми кажемо да ће јој требати - путовати константном брзином од 1,07 милијарди км на сат (670,616,629 мпх) - око 4 године и 3 месеца да би стигли тамо. Али само како смо дошли до овог врло специфичног мерења за „брзину светлости“?

Историја студија:

Све до 17. века, научници нису били сигурни да ли је светлост путовала коначном брзином или моментално. Од дана древних Грка до средњовековних исламских учењака и научника раног модерног периода, расправа је ишла даље и назад. Прво је урађено квантно мерење рада данског астронома Øле Рøмера (1644-1710).

1676. Рøмер је приметио да су периоди најновијег месеца Јупитера Ио крајњи када се Земља приближава Јупитеру него када се она повлачила из ње. Из тога је закључио да светлост путује ограниченом брзином и проценио је да је потребно око 22 минута да пређе пречник Земљине орбите.

Цхристиаан Хуигенс користио је ову процену и комбиновао је са проценом пречника Земљине орбите да би добио процену од 220.000 км / с. Исаац Невтон је у својим семинарским радовима говорио и о Рøмеровим прорачунима Оптицкс (1706). Подешавајући удаљеност између Земље и Сунца, израчунао је да ће требати светлост од седам до осам минута да се пређе са једне на другу. У оба случаја била су искључена релативно мала маржа.

Каснија мерења која су извршили француски физичари Хиполит Физеау (1819 - 1896) и Леон Фоуцаулт (1819 - 1868) додатно су рафинирали ова мерења - што је резултирало вредности од 315.000 км / с (192.625 ми / с). И до друге половине 19. века, научници су постали свесни повезаности светла и електромагнетизма.

То су постигли физичари који су мерили електромагнетне и електростатичке набоје, који су тада утврдили да је бројчана вредност веома блиска брзини светлости (мерену Физеау). На основу сопственог рада, који је показао да се електромагнетни таласи шире у празном простору, немачки физичар Вилхелм Едуард Вебер предложио је да светло буде електромагнетни талас.

Следећи велики пробој догодио се почетком 20. века / У свом раду из 1905., под називом „О електродинамици кретања “, Алберт Еинстеин је тврдио да је брзина светлости у вакууму, мерена посматрачем који не убрзава, иста у свим инерцијалним референтним оквирима и независна од кретања извора или посматрача.

Користећи овај и Галилеов принцип релативности као основу, Ајнштајн је извукао Теорију посебне релативности у којој брзина светлости у вакууму (ц) била је темељна константа. Пре тога, радни консензус научника сматрао је да је простор испуњен „светлоснастим етером“ који је био одговоран за његово ширење - тј. Да би се светлост која путује кроз покретни медијум вукла заједно са медијумом.

То је заузврат значило да ће измерена брзина светлости бити једноставна сума његове брзине кроз медијум и брзина од тај медиј. Међутим, Аинстеинова теорија је ефективно учинила концепт стационарног етера бескорисним и револуционизирала концепте простора и времена.

Не само да је напредовала идеја да је брзина светлости једнака у свим инерцијалним референтним оквирима, већ је увела и идеју да се велике промене дешавају када се ствари крећу у близини брзине светлости. Они укључују временско-просторни оквир покретног тела које се чини да успорава и сажима се у правцу кретања, мерено у оквиру посматрача (тј. Дилатација времена, при чему се време успорава како се приближава брзина светлости).

Његова запажања су такође ускладила Маквелл-ове једнаџбе за електричну енергију и магнетизам са законима механике, поједноставили математичке прорачуне тако што су одспавали вањска објашњења које користе други научници и слажући се са директно посматраном брзином светлости.

Током друге половине 20. века, све прецизнија мерења помоћу ласерских инферометара и техника шупљине резонанцијом побољшала би процену брзине светлости. До 1972. године, група при Националном бироу за стандарде САД-а у граду Боулдер, Цолорадо, користила је технику ласерског инферометара да би добила тренутно признату вредност од 299,792,458 м / с.

Улога у модерној астрофизици:

Ајнштајнова теорија да брзина светлости у вакууму не зависи од кретања извора и инерцијални референтни оквир посматрача од тада је упорно потврђен у многим експериментима. Такође поставља горњу границу брзина којом све честице и таласи без масе (укључујући светлост) могу да путују у вакууму.

Једна од последица тога је да космолози сада третирају простор и време као јединствену, обједињену структуру познату као просторно време - у којој се брзина светлости може користити за дефинисање вредности за обе (тј. „Светлосне године“, „светлосне минуте“ и „Лагане секунде“). Мерење брзине светлости такође је постало главни фактор приликом одређивања брзине космичког ширења.

Почевши од 1920-их посматрањем Лемаитре-а и Хуббле-а, научници и астрономи постали су свесни да се Универзум шири од тачке порекла. Хуббле је такође приметио да што је удаљенија галаксија, то се брже чини да се креће. У ономе што се данас назива Хуббле параметар, брзина којом се Универзум шири израчунава се на 68 км / с по мегапарсеку.

Ова појава, за коју се теоретски сматра да би неке галаксије доиста могле да се крећу брже од светлосне брзине, може поставити ограничење на оно што је опажено у нашем Универзуму. У суштини, галаксије које путују бржом брзином светлости прешле би „космолошки хоризонт догађаја“, где нам више нису видљиве.

Такође, деведесетих година прошлог века црвени помак удаљених галаксија показао је да се ширење Универзума убрзава у последњих неколико милијарди година. То је довело до теорија попут "Мрачне енергије", где невиђена сила покреће ширење самог простора уместо предмета који се крећу кроз њега (на тај начин не постављајући ограничења на брзину светлости или кршећи релативност).

Упоредо са посебном и опћом релативношћу, савремена вредност брзине светлости у вакууму прешла је на информације о космологији, квантној физици и стандардном моделу физике честица. Остаје константа када се говори о горњој граници до које могу да путују безмасне честице, и остаје недостижна баријера за честице које имају масу.

Можда ћемо једног дана пронаћи начин да прекорачимо брзину светлости. Иако немамо практичних идеја како се то може догодити, чини се да паметни новац стоји на технологијама које ће нам омогућити да заобиђемо законе свемирског времена, било стварањем варп мјехурића (ака. Алцубиерре Варп Дриве), било тунелом кроз њега ( црвоточине).

До тог времена ми ћемо се једноставно задовољити Универзумом који можемо видети и истрајати се на делу оног који је доступан уобичајеним методама.

Написали смо много чланака о брзини светлости за Спаце Магазине. Ево колико је брзина светлости? Како се галаксије крећу брже од светлости? Како свемир може да путује брже од брзине светлости? И разбијање брзине светлости.

Ево цоол калкулатора који вам омогућава да конвертујете различите јединице за брзину светлости, а ево и калкулатора релативности, у случају да желите да путујете готово брзином светлости.

Астрономи Цаст такође има епизоду која говори о брзини светлости - Питања Прикажи: Релативност, Релативност и више Релативност.

Извори: