Hoe snel reist licht in een vacuüm

De lichtsnelheid in vacuüm is een indicator die veel wordt gebruikt in de natuurkunde en die het ooit mogelijk maakte om een ​​aantal ontdekkingen te doen en de aard van veel verschijnselen te verklaren. Er zijn verschillende belangrijke punten die moeten worden bestudeerd om het onderwerp te begrijpen en te begrijpen hoe en onder welke omstandigheden deze indicator is ontdekt.

Wat is de snelheid van het licht?

De voortplantingssnelheid van licht in vacuüm wordt als een absolute waarde beschouwd en weerspiegelt de voortplantingssnelheid van elektromagnetische straling. Het wordt veel gebruikt in de natuurkunde en heeft een aanduiding in de vorm van een kleine Latijnse letter "s" (er staat "tse").

In een vacuüm wordt de lichtsnelheid gebruikt om te bepalen hoe snel verschillende deeltjes bewegen.

Volgens de meeste onderzoekers en wetenschappers is de lichtsnelheid in vacuüm de maximaal mogelijke snelheid van deeltjesbeweging en de voortplanting van verschillende soorten straling.

Wat betreft de voorbeelden van verschijnselen, deze zijn:

1. Zichtbaar licht van elke bron.
2. Alle soorten elektromagnetische straling (zoals röntgenstralen en radiogolven).
3. Zwaartekrachtgolven (hier verschillen de meningen van sommige experts).

Veel soorten deeltjes kunnen met de lichtsnelheid reizen, maar deze nooit bereiken.

De exacte waarde van de lichtsnelheid

Wetenschappers proberen al jaren te bepalen wat de lichtsnelheid is, maar nauwkeurige metingen werden gedaan in de jaren 70 van de vorige eeuw. Eventueel de indicator was 299.792.458 m/s met een maximale afwijking van +/- 1,2 m. Tegenwoordig is het een onveranderlijke fysieke eenheid, aangezien de afstand in een meter 1/299.792.458 van een seconde is, zo lang duurt het voordat licht in vacuüm 100 cm aflegt.

Wetenschappelijk formule voor het bepalen van de lichtsnelheid.

Om de berekeningen te vereenvoudigen, de indicator is vereenvoudigd tot 300.000.000 m/s (3×108 m/s). Bij natuurkunde op school is het bij iedereen bekend, daar wordt de snelheid in deze vorm gemeten.

De fundamentele rol van de lichtsnelheid in de natuurkunde

Deze indicator is een van de belangrijkste, ongeacht welk referentiesysteem in het onderzoek wordt gebruikt. Het is niet afhankelijk van de beweging van de golfbron, wat ook belangrijk is.

Invariantie werd in 1905 gepostuleerd door Albert Einstein. Dit gebeurde nadat een andere wetenschapper, Maxwell, die geen bewijs vond voor het bestaan ​​van een lichtgevende ether, een theorie over elektromagnetisme naar voren bracht.

De bewering dat een causaal effect niet kan worden vervoerd met een snelheid die de snelheid van het licht overschrijdt, wordt tegenwoordig als redelijk beschouwd.

Trouwens! Natuurkundigen ontkennen niet dat sommige deeltjes kunnen bewegen met een snelheid die de beschouwde indicator overschrijdt. Ze kunnen echter niet worden gebruikt om informatie over te brengen.

historische referenties

Om de kenmerken van het onderwerp te begrijpen en erachter te komen hoe bepaalde verschijnselen werden ontdekt, zou men de experimenten van sommige wetenschappers moeten bestuderen. In de 19e eeuw werden er veel ontdekkingen gedaan die wetenschappers later hielpen, ze hadden vooral betrekking op elektrische stroom en de verschijnselen van magnetische en elektromagnetische inductie.

Experimenten door James Maxwell

Het onderzoek van de natuurkundige bevestigde de interactie van deeltjes op afstand. Dit stelde Wilhelm Weber vervolgens in staat een nieuwe theorie van elektromagnetisme te ontwikkelen. Maxwell heeft ook duidelijk het fenomeen van magnetische en elektrische velden vastgesteld en vastgesteld dat ze elkaar kunnen genereren en elektromagnetische golven kunnen vormen. Het was deze wetenschapper die voor het eerst de aanduiding "s" begon te gebruiken, die nog steeds door natuurkundigen over de hele wereld wordt gebruikt.

Hierdoor begonnen de meeste onderzoekers toen al te praten over de elektromagnetische aard van licht. Maxwell kwam bij het bestuderen van de voortplantingssnelheid van elektromagnetische excitaties tot de conclusie dat deze indicator gelijk is aan de lichtsnelheid, ooit was hij verrast door dit feit.

Dankzij het onderzoek van Maxwell werd duidelijk dat licht, magnetisme en elektriciteit geen aparte begrippen zijn. Samen bepalen deze factoren de aard van licht, omdat het een combinatie is van een magnetisch en elektrisch veld dat zich in de ruimte voortplant.

Schema van de voortplanting van elektromagnetische golven.

Michelson en zijn ervaring met het bewijzen van de absoluutheid van de lichtsnelheid

Aan het begin van de vorige eeuw gebruikten de meeste wetenschappers Galileo's relativiteitsprincipe, volgens welke men geloofde dat de wetten van de mechanica ongewijzigd zijn, ongeacht welk referentiekader wordt gebruikt. Maar tegelijkertijd zou volgens de theorie de voortplantingssnelheid van elektromagnetische golven moeten veranderen wanneer de bron beweegt. Dit druiste in tegen zowel de postulaten van Galileo als de theorie van Maxwell, wat de aanleiding was voor de start van het onderzoek.

In die tijd waren de meeste wetenschappers geneigd tot de "ethertheorie", volgens welke de indicatoren niet afhankelijk waren van de snelheid van de bron, de belangrijkste bepalende factor waren de kenmerken van de omgeving.

Michelson ontdekte dat de lichtsnelheid niet afhangt van de meetrichting.

Omdat de aarde in een bepaalde richting in de ruimte beweegt, zal de lichtsnelheid, volgens de wet van optelling van snelheden, verschillen wanneer gemeten in verschillende richtingen. Maar Michelson vond geen verschil in de voortplanting van elektromagnetische golven, ongeacht in welke richting de metingen werden gedaan.

De ethertheorie kon de aanwezigheid van een absolute waarde niet verklaren, wat haar drogreden nog beter aantoonde.

De speciale relativiteitstheorie van Albert Einstein

Een jonge wetenschapper presenteerde destijds een theorie die indruist tegen de ideeën van de meeste onderzoekers. Volgens haar hebben tijd en ruimte zulke kenmerken dat de invariantie van de lichtsnelheid in vacuüm gegarandeerd is, ongeacht het gekozen referentiekader. Dit verklaarde de mislukte experimenten van Michelson, aangezien de voortplantingssnelheid van het licht niet afhangt van de beweging van de bron.

[tds_council]Indirecte bevestiging van de juistheid van Einsteins theorie was de "relativiteit van gelijktijdigheid", de essentie ervan wordt getoond in de figuur.[/tds_council]

Een voorbeeld van hoe de locatie van een persoon hun perceptie van lichtvoortplanting beïnvloedt.

Hoe werd de lichtsnelheid eerder gemeten?

Pogingen om deze indicator te bepalen zijn door velen gedaan, maar vanwege het lage ontwikkelingsniveau van de wetenschap was het voorheen problematisch om dit te doen. Zo geloofden wetenschappers uit de oudheid dat de lichtsnelheid oneindig was, maar later twijfelden veel onderzoekers aan dit postulaat, wat leidde tot een aantal pogingen om het te bepalen:

1. Galileo gebruikte zaklampen. Om de voortplantingssnelheid van lichtgolven te berekenen, bevonden hij en zijn assistent zich op heuvels, waarvan de afstand precies werd bepaald. Toen opende een van de deelnemers de lantaarn, de tweede moest hetzelfde doen zodra hij het licht zag. Maar deze methode gaf geen resultaten vanwege de hoge snelheid van golfvoortplanting en het onvermogen om het tijdsinterval nauwkeurig te bepalen.
2. Olaf Roemer, een astronoom uit Denemarken, merkte een kenmerk op tijdens het observeren van Jupiter. Toen de aarde en Jupiter op tegenovergestelde punten in hun baan waren, was de zonsverduistering van Io (een maan van Jupiter) 22 minuten te laat in vergelijking met de planeet zelf. Op basis hiervan concludeerde hij dat de voortplantingssnelheid van lichtgolven niet oneindig is en een limiet heeft. Volgens zijn berekeningen was dat ongeveer 220.000 km per seconde.
   Bepalen van de lichtsnelheid volgens Roemer.
3. Rond dezelfde periode ontdekte de Engelse astronoom James Bradley het fenomeen van lichtaberratie, als gevolg van de beweging van de aarde rond de zon, evenals door rotatie om zijn as, waardoor de positie van de sterren aan de hemel en de afstand tot hen verandert voortdurend.Vanwege deze kenmerken beschrijven de sterren elk jaar een ellips. Op basis van berekeningen en waarnemingen berekende de astronoom de snelheid, deze was 308.000 km per seconde.
   aberratie van licht
4. Louis Fizeau was de eerste die besloot de exacte indicator te bepalen door middel van een laboratoriumexperiment. Hij plaatste een glas met een spiegelend oppervlak op een afstand van 8633 m van de bron, maar omdat de afstand klein is, was het onmogelijk om nauwkeurige tijdsberekeningen te maken. Toen zette de wetenschapper een tandrad op, dat het licht periodiek met tanden bedekte. Door de snelheid van het wiel te veranderen, bepaalde Fizeau met welke snelheid het licht geen tijd had om tussen de tanden door te glippen en terug te keren. Volgens zijn berekeningen was de snelheid 315 duizend kilometer per seconde.
   Ervaring van Louis Fizeau.

De snelheid van het licht meten

Dit kan op verschillende manieren. Het is niet de moeite waard om ze in detail te analyseren; ze zullen elk afzonderlijk moeten worden beoordeeld. Daarom is het het gemakkelijkst om de variëteiten te begrijpen:

1. Astronomische metingen. Hier worden de methoden van Roemer en Bradley het vaakst gebruikt, omdat ze hun effectiviteit hebben bewezen en de eigenschappen van lucht, water en andere kenmerken van de omgeving de prestaties niet beïnvloeden. Onder omstandigheden van ruimtevacuüm neemt de meetnauwkeurigheid toe.
2. holteresonantie of holte-effect - dit is de naam van het fenomeen van laagfrequente staande magnetische golven die ontstaan ​​tussen het oppervlak van de planeet en de ionosfeer. Met behulp van speciale formules en gegevens van meetapparatuur is het niet moeilijk om de waarde van de snelheid van deeltjes in de lucht te berekenen.
3. Interferometrie - een set onderzoeksmethoden waarbij verschillende soorten golven worden gevormd.Dit resulteert in een interferentie-effect, wat het mogelijk maakt om tal van metingen van zowel elektromagnetische als akoestische trillingen uit te voeren.

Met behulp van speciale apparatuur kunnen metingen worden uitgevoerd zonder speciale technieken.

Is superluminale snelheid mogelijk?

Op basis van de relativiteitstheorie schendt de overmaat van de indicator door fysieke deeltjes het causaliteitsbeginsel. Hierdoor is het mogelijk om signalen van de toekomst naar het verleden te sturen en vice versa. Maar tegelijkertijd ontkent de theorie niet dat er deeltjes kunnen zijn die sneller bewegen, terwijl ze interageren met gewone stoffen.

Dit type deeltjes wordt tachyonen genoemd. Hoe sneller ze bewegen, hoe minder energie ze dragen.

Videoles: Fizeau's experiment. Meting van de lichtsnelheid. Natuurkunde rang 11.

De lichtsnelheid in een vacuüm is een constante waarde; veel verschijnselen in de natuurkunde zijn daarop gebaseerd. De definitie ervan werd een nieuwe mijlpaal in de ontwikkeling van de wetenschap, omdat het het mogelijk maakte om veel processen te verklaren en een aantal berekeningen te vereenvoudigen.