Paljud inimesed on juba varasest lapsepõlvest teadnud sellise kontseptsiooni nagu “valguse kiirus” olemasolust. Kuid mitte kõik ei tea nähtusest üksikasjalikult.
Paljud juhtisid tähelepanu asjaolule, et äikese ajal on välgu sähvatuse ja äikese heli vahel viivitus. Haiguspuhang jõuab meieni reeglina kiiremini. See tähendab, et sellel on suurem kiirus kui heli. Mis on selle põhjus? Mis on valguse kiirus ja kuidas seda mõõdetakse?
Milline on valguse kiirus?
Saame kõigepealt aru, mis on valguse kiirus. Teaduslikult on see kogus, mis näitab, kui kiiresti kiired vaakumis või õhus liiguvad. Samuti peate teadma, mis on valgus. See on kiirgus, mida inimsilm tajub. Kiirus sõltub keskkonnatingimustest, aga ka muudest omadustest, näiteks murdumisest.
Huvitav fakt: Maalt satelliidile, kuule, liikumiseks kulub 1,25 sekundit.
Milline on teie enda sõnul valguse kiirus?
Lihtsustatult öeldes on valguse kiirus ajavahemik, mille jooksul valgusvihk läbib mis tahes vahemaa. Aega mõõdetakse tavaliselt sekundites. Kuid mõned teadlased kasutavad erinevaid ühikuid. Kaugust mõõdetakse erineval viisil. Põhimõtteliselt - see on meeter. See tähendab, et seda väärtust arvestatakse m / s. Füüsika selgitab seda järgmiselt: nähtus, mis liigub kindla kiirusega (konstant).
Mõistmise hõlbustamiseks vaatame järgmist näidet. Jalgrattur liigub kiirusega 20 km / h. Ta soovib järele jõuda auto juhile, kelle kiirus on 25 km / h. Kui arvestada, siis läheb auto 5 km / h kiiremini kui jalgrattur. Valguskiirtega on asjad teisiti. Pole tähtis, kui kiiresti esimene ja teine inimene liiguvad, liigub tuli nende suhtes ühtlase kiirusega.
Milline on valguse kiirus?
Kui vaakumis pole, mõjutavad valgust mitmesugused tingimused. Aine, mille kaudu kiired läbivad, sealhulgas. Kui meetrite arv sekundis ei muutu ilma hapniku juurdepääsuta, siis õhu juurdepääsuga keskkonnas väärtus muutub.
Valgus liigub aeglasemalt läbi erinevate materjalide nagu klaas, vesi ja õhk. Sellele nähtusele antakse murdumisnäitaja, et kirjeldada, kui palju nad valguse liikumist aeglustavad. Klaasi murdumisnäitaja on 1,5, mis tähendab, et valgus läbib seda kiirusega umbes 200 tuhat kilomeetrit sekundis. Vee murdumisnäitaja on 1,3 ja õhu murdumisnäitaja on pisut üle 1, mis tähendab, et õhk aeglustab valgust vaid pisut.
Seetõttu aeglustub kiirus pärast õhu või vedeliku läbimist, muutudes väiksemaks kui vaakumis. Näiteks erinevates reservuaarides on kiirte liikumiskiirus 0,75 kosmosekiirusest. Ka standardrõhul 1,01 bar aeglustub kiirus 1,5–2%. See tähendab, et maapealsetes tingimustes varieerub valguse kiirus sõltuvalt keskkonnatingimustest.
Sellise nähtuse jaoks tulid nad välja spetsiaalse kontseptsiooni - murdumisega. See tähendab valguse murdumist. Seda kasutatakse laialdaselt erinevates leiutistes. Refraktor on näiteks optilise süsteemiga teleskoop. Samuti luuakse selle abil ka binoklid ja muud seadmed, mille põhiolemus on optika kasutamine.
Üldiselt saab väikseimat kiirt murda tavalise õhu kaudu. Spetsiaalselt loodud optilise klaasi läbimisel on kiirus umbes 195 tuhat kilomeetrit sekundis. See on peaaegu 105 tuhat km / s vähem kui konstant.
Valguskiiruse kõige täpsem väärtus
Füüsikud on aastate jooksul saanud kogemusi valguskiirte kiiruse uurimisel. Praegu on valguse kiiruse kõige täpsem väärtus 299 792 kilomeetrit sekundis. Konstant loodi 1933. aastal. See number on endiselt asjakohane.
Näitaja määramisega tekkisid aga täiendavad raskused.Selle põhjuseks oli arvesti viga. Nüüd sõltub arvesti ise otseselt valguse kiirusest. See on võrdne vahemaaga, mida kiired läbivad teatud sekundites - 1 / valguse kiirus.
Milline on valguse kiirus vaakumis?
Kuna vaakumis ei mõjuta valgust erinevad tingimused, ei muutu selle kiirus nagu Maa peal. Valguse kiirus vaakumis on 299 792 kilomeetrit sekundis. See indikaator on piir. Usutakse, et miski maailmas ei saa kiiremini liikuda, isegi kosmilised kehad, mis liiguvad üsna kiiresti.
Näiteks hävitaja Boeing X-43, mis ületab helikiirust peaaegu kümme korda (üle 11 tuhande km / h), lendab kiiremini kui tala. Viimane liigub kiiremini rohkem kui 96 tuhat kilomeetrit tunnis.
Kuidas mõõdeti valguse kiirust?
Esimesed teadlased üritasid seda väärtust mõõta. Kasutati erinevaid meetodeid. Antiikajal uskusid teadlased, et see on lõpmatu, seetõttu on seda võimatu mõõta. See arvamus püsis pikka aega, kuni 16.-17. Sajandini. Neil päevil ilmusid teised teadlased, kes arvasid, et talal on lõpp ja et kiirust saab mõõta.
Kuulus astronoom Taanist Olaf Roemer viis teadmised valguse kiirusest uuele tasemele. Ta märkas, et Jupiteri kuu varjutus on hilja. Varem pole keegi sellele tähelepanu pööranud. Järelikult otsustas ta kiiruse arvutada.
Ta esitas umbkaudse kiiruse, mis oli umbes 220 tuhat kilomeetrit sekundis. Hiljem asus uuringule Inglismaa teadlane James Bradley. Ehkki tal polnud täielikku õigust, lähenes ta pisut praegustele uurimistulemustele.
Mõne aja pärast hakkas enamik teadlasi selle koguse vastu huvi tundma. Uuringus osalesid inimesed erinevatest riikidest. Kuni 20. sajandi 70ndateni polnud aga grandioosseid avastusi. Alates 1970ndatest, kui nad tulid välja laserite ja maseeridega (kvantgeneraatoritega), on teadlased teinud uuringuid ja saavutanud täpse kiiruse. Praegune väärtus on olnud asjakohane alates 1983. aastast. Parandatud ainult väikesed vead.
Galileo kogemus
Itaalia teadlane üllatas kõiki nende aastate uurijaid oma kogemuste lihtsuse ja geniaalsusega. Tal õnnestus mõõta valguse kiirust tavaliste tööriistade abil, mis olid tema käeulatuses.
Tema ja ta abiline ronisid naabermägedesse, olles eelnevalt nende vahelise kauguse välja arvutanud. Nad võtsid valgustatud laternad, varustasid neid tulesid avavate ja sulgevate siibritega. Valgust avades ja sulgedes üritasid nad omakorda valguse kiirust arvutada. Galileo ja assistent teadsid juba ette, kui kiiresti nad valgust avavad ja sulgevad. Kui üks on avatud, teeb teine sama.
Eksperiment oli siiski ebaõnnestunud. Selle toimimiseks peaksid teadlased seisma üksteisest miljonite kilomeetrite kaugusel.
Römeri ja Bradley kogemus
Sellest uuringust on juba eespool lühidalt kirjutatud. See on selle aja üks edumeelsemaid kogemusi. Römer kasutas kiirte kiiruse mõõtmiseks astronoomia teadmisi. See juhtus 17. sajandi 76. aastal.
Teadlane vaatas Io (Jupiteri satelliit) läbi teleskoobi. Ta avastas järgmise mustri: mida kaugemale meie planeet Jupiterist eemaldub, seda suurem on viivitus Io varjutuses. Suurim viivitus oli 21-22 minutit.
Eeldusel, et satelliit eemaldub orbiidi läbimõõdu pikkusega võrdse kaugusega, jagas teadlane selle vahemaa ajaliselt. Selle tulemusel sai ta kiirusega 214 tuhat kilomeetrit sekundis. Kuigi seda uuringut peetakse väga ligikaudseks, kuna kaugus oli ligikaudne, lähenes see praegusele näitajale.
18. sajandil täiendas James Bradley uuringut. Selleks kasutas ta aberratsiooni - kosmilise keha asendi muutust Maa liikumise tõttu päikese ümber. James mõõtis aberratsiooni nurka ja teades meie planeedi kiirust, sai ta väärtuseks 301 tuhat kilomeetrit sekundis.
Fizeau kogemus
Teadlased ja tavainimesed suhtusid Römeri ja James Bradley kogemustesse skeptiliselt. Sellele vaatamata olid tulemused tõele kõige lähedasemad ja asjakohased üle sajandi. 19. sajandil aitas selle koguse mõõtmisele kaasa Prantsuse pealinna Pariisi teadlane Arman Fizeau. Ta kasutas pöördklapi meetodit. Nagu Galileo Galilei koos oma assistendiga, ei jälginud Fizeau taevakehasid, vaid uuris neid laboritingimustes.
Kogemuse põhimõte on lihtne. Valguskiir oli suunatud peegli poole. Sellest peegeldudes läbis valgus ratta hambaid. Siis tabas see teist peegeldavat pinda, mis asus 8,6 km kaugusel. Ratast pöörati, suurendades kiirust, kuni tala oli järgmises pilus nähtav. Pärast arvutusi sai teadlane tulemuseks kiiruse 313 tuhat km / s.
Hiljem kordas uuringut prantsuse füüsik ja astronoom Leon Foucault, saades tulemuseks kiiruse 298 tuhat km / s. Kõige täpsem tulemus sel ajal. Hiljem viidi mõõtmised läbi laserite ja maseeride abil.
Kas superluminal kiirus on võimalik?
Seal on objekte, mis on kiiremad kui valguse kiirus. Näiteks päikesekiired, vari, laine vibratsioon. Ehkki teoreetiliselt suudavad nad arendada superluminaalset kiirust, ei lange nende eralduv energia kokku nende liikumisvektoriga.
Kui valguskiir läbib näiteks klaasi või vett, võivad elektronid sellest mööduda. Nende liikumiskiirus pole piiratud. Seetõttu ei liigu valgus sellistes tingimustes kiiremini kui keegi teine.
Seda nähtust nimetatakse Vavilov-Tšerenkovi efekt. Kõige sagedamini leitakse sügavates tiikides ja reaktorites.
