С какой скоростью свет распространяется в вакууме

Скорость света в вакууме является широко используемым показателем в физике и в свое время позволила сделать ряд открытий, а также объяснить природу многих явлений. Есть несколько важных моментов, которые необходимо изучить, чтобы понять тему и понять, как и при каких условиях был обнаружен этот индикатор.

Что такое скорость света

Скорость распространения света в вакууме считается абсолютной величиной, отражающей скорость распространения электромагнитного излучения. Он широко используется в физике и имеет обозначение в виде маленькой латинской буквы «с» (называемой «це»).

Как быстро свет распространяется в вакууме

В вакууме скорость света используется для определения скорости движения различных частиц.

По мнению большинства исследователей и ученых, скорость света в вакууме — это максимально возможная скорость движения частиц и распространения различных видов излучения.

Что касается примеров явлений, то они следующие:

  1. Видимый свет от любого источника.
  2. Все виды электромагнитного излучения (например, рентгеновские лучи и радиоволны).
  3. Гравитационные волны (здесь мнения некоторых специалистов расходятся).

Многие типы частиц могут двигаться со скоростью света, но не могут ее достичь.

Точное значение скорости света

Ученые много лет пытались определить, что такое скорость света, но в 70-х годах прошлого века были произведены точные измерения. В итоге показатель составил 299792458 м / с при максимальном отклонении +/- 1,2 м. Сегодня это неизменная физическая единица, так как расстояние в одном метре равно 1/299 792 458 секунд, это составляет сколько времени требуется, чтобы свет в вакууме превысил 100 см.

Как быстро свет распространяется в вакууме

Научная формула для определения скорости света.

Для упрощения расчетов показатель упрощен до 300000000 м / с (3 × 108 м / с). Всем знакома по курсу физики в школе, именно там в таком виде измеряется скорость.

Фундаментальная роль скорости света в физике

Этот показатель является одним из основных вне зависимости от используемой в исследовании структуры. Это не зависит от движения источника волны, что тоже немаловажно.

Инвариантность была постулирована Альбертом Эйнштейном в 1905 году. Это произошло после того, как другой ученый, Максвелл, не обнаружив никаких доказательств существования светоносного эфира, выдвинул теорию электромагнетизма.

Утверждение, что причинный эффект не может передаваться быстрее скорости света, сегодня считается вполне разумным.

Говоря о которых! Физики не отрицают, что некоторые частицы могут двигаться быстрее, чем считается. Но в то же время их нельзя использовать для передачи информации.

Исторические справки

Чтобы понять особенности темы и узнать, как были открыты те или иные явления, следует изучить эксперименты некоторых ученых. В 19 веке было сделано много открытий, которые позже помогли ученым, в основном связанных с электрическим током и явлениями магнитной и электромагнитной индукции.

Опыты Джеймса Максвелла

Физические исследования подтвердили взаимодействие частиц на расстоянии. Впоследствии это позволило Вильгельму Веберу разработать новую теорию электромагнетизма. Максвелл также четко установил явление магнитного и электрического полей и определил, что они могут генерировать друг друга, образуя электромагнитные волны. Именно этот ученый первым начал использовать обозначение «с», которое до сих пор используется физиками всего мира.

Благодаря этому большинство исследователей уже тогда заговорили об электромагнитной природе света. Максвелл, изучая скорость распространения электромагнитных возбуждений, пришел к выводу, что этот показатель равен скорости света, одно время его удивил этот факт.

Благодаря исследованиям Максвелла стало ясно, что свет, магнетизм и электричество не являются отдельными понятиями. Вместе эти факторы определяют природу света, потому что это комбинация магнитного и электрического полей, распространяющихся в пространстве.

Как быстро свет распространяется в вакууме

Диаграмма распространения электромагнитной волны.

Майкельсон и его опыт по доказательству абсолютности скорости света

В начале прошлого века большинство ученых использовали принцип относительности Галилея, согласно которому законы механики считались неизменными независимо от используемой системы отсчета. Но при этом, согласно теории, скорость распространения электромагнитных волн должна изменяться с движением источника. Это противоречило как постулатам Галилея, так и теории Максвелла, что послужило причиной начала исследования.

В то время большинство ученых склонялось к «теории эфира», согласно которой показатели не зависели от скорости движения его источника, характеристики окружающей среды считались основным определяющим фактором.

Как быстро свет распространяется в вакууме

Майкельсон обнаружил, что скорость света не зависит от направления измерения.

Поскольку Земля движется в космосе в определенном направлении, скорость света в соответствии с законом сложения скоростей будет отличаться при измерении в разных направлениях. Но Майкельсон не обнаружил разницы в распространении электромагнитных волн, независимо от направления, в котором проводились измерения.

Теория эфира не могла объяснить наличие абсолютной величины, что еще лучше показало ее ошибочность.

Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна

Молодой ученый того времени выдвинул теорию, противоречащую представлениям большинства исследователей. По ее словам, время и пространство обладают характеристиками, которые гарантируют неизменность скорости света в вакууме независимо от выбранной системы отсчета. Это объяснило неудачные эксперименты Майкельсона, поскольку скорость распространения света не зависит от движения его источника.

[tds_council] Косвенным подтверждением правильности теории Эйнштейна явилась «относительность одновременности», суть которой показана на рисунке. [/ tds_council]

Как быстро свет распространяется в вакууме

Пример того, как положение человека влияет на его восприятие по отношению к распространению света.

Как измеряли скорость света ранее

Многие попытки определить этот показатель предпринимались многими, но из-за низкого уровня развития науки раньше это было проблематично. Таким образом, ученые древности считали, что скорость света бесконечна, но многие исследователи впоследствии усомнились в этом постулате, что привело к серии попыток его определения:

  1. Галилей использовал фонарики. Чтобы рассчитать скорость распространения световых волн, он и его помощник находились на холмах, расстояние до которых было тщательно определено. Затем один из участников открыл фонарь, второй должен был сделать то же самое, как только увидел свет. Но этот метод не дал результатов из-за высокой скорости распространения волн и невозможности точно определить временной интервал.
  2. Олаф Ремер, датский астроном, заметил особенность при наблюдении Юпитера. Когда Земля и Юпитер находились на противоположных орбитальных точках, затмение Ио (луны Юпитера) было на 22 минуты позже самой планеты. На основании этого он пришел к выводу, что скорость распространения световых волн не бесконечна и имеет предел. По его подсчетам, эта цифра составляла около 220 000 км в секунду.

    Как быстро свет распространяется в вакууме

    Определение скорости света по Ремеру.

  3. Примерно в то же время английский астроном Джеймс Брэдли обнаружил явление световой аберрации, когда из-за движения Земли вокруг Солнца, а также из-за вращения вокруг своей оси, из-за чего положение звезд на небе и расстояние от них постоянно меняется. Благодаря этим характеристикам звезды каждый год описывают эллипс. На основании расчетов и наблюдений астроном рассчитал скорость, она составила 308 000 км в секунду.

    Как быстро свет распространяется в вакууме

    Световая аберрация

  4. Луи Физо первым решил определить точную цифру с помощью лабораторных экспериментов. Он установил стакан с зеркальной поверхностью на расстоянии 8633 м от источника, но из-за небольшого расстояния провести точные расчеты времени было невозможно. Затем ученый поставил зубчатое колесо, которое периодически зубами загораживало свет. Изменяя скорость колеса, Физо определил, с какой скоростью свет не успевает проскользнуть между зубцами и вернуться обратно. По его подсчетам, скорость составляла 315 тысяч километров в секунду.

    Как быстро свет распространяется в вакууме

    Опыт Луи Физо.

Измерение скорости света

Это можно сделать несколькими способами. Подробно их рассматривать не стоит, для каждого потребуется отдельное рассмотрение. Поэтому в разновидностях разобраться проще:

  1. Астрономические измерения. Здесь чаще всего используются методы Ремера и Брэдли, так как они доказали свою эффективность, а свойства воздуха, воды и другие характеристики окружающей среды не влияют на показатели. В условиях космического вакуума точность измерения возрастает.
  2. Резонанс полости или эффект полости — так называется явление низкочастотных стоячих магнитных волн, возникающих между поверхностью планеты и ионосферой. Используя специальные формулы и данные с измерительной аппаратуры, нетрудно рассчитать значение скорости движения частиц в воздухе.
  3. Интерферометрия — это набор методов исследования, при которых образуются разные типы волн. Это создает интерференционный эффект, благодаря которому можно проводить многочисленные измерения как электромагнитных, так и акустических колебаний.

С помощью специального оборудования измерения можно производить без использования специальных методик.

Возможна ли сверхсветовая скорость

Исходя из теории относительности, превышение показателя физическими частицами нарушает принцип причинности. По этой причине можно передавать сигналы из будущего в прошлое и наоборот. Но в то же время теория не отрицает, что могут быть частицы, которые движутся быстрее при взаимодействии с обычными веществами.

Этот тип частиц называется тахионным. Чем быстрее они двигаются, тем меньше энергии несут.

Видеоурок: Опыт Физо. Измерение скорости света. Физический класс 11.

Скорость света в вакууме — величина постоянная; На нем основаны многие явления в физике. Его определение стало новой вехой в развитии науки, поскольку позволило объяснить многие процессы и упростить ряд вычислений.

Оцените статью
Добавить комментарий