Berapa cepat cahaya bergerak dalam vakum

Kelajuan cahaya dalam vakum adalah penunjuk yang digunakan secara meluas dalam fizik dan pada satu masa memungkinkan untuk membuat beberapa penemuan, serta menerangkan sifat banyak fenomena. Terdapat beberapa perkara penting yang perlu dikaji untuk memahami topik dan memahami bagaimana dan dalam keadaan apa penunjuk ini ditemui.

Berapakah kelajuan cahaya

Kelajuan perambatan cahaya dalam vakum dianggap sebagai nilai mutlak, mencerminkan kelajuan perambatan sinaran elektromagnet. Ia digunakan secara meluas dalam fizik dan mempunyai sebutan dalam bentuk huruf Latin kecil "s" (ia mengatakan "tse").

Dalam vakum, kelajuan cahaya digunakan untuk menentukan kelajuan zarah yang berbeza bergerak.

Menurut kebanyakan penyelidik dan saintis, kelajuan cahaya dalam vakum adalah kelajuan maksimum pergerakan zarah yang mungkin dan penyebaran pelbagai jenis sinaran.

Adapun contoh-contoh fenomena adalah:

1. Cahaya yang boleh dilihat dari mana-mana sumber.
2. Semua jenis sinaran elektromagnet (seperti sinar-x dan gelombang radio).
3. Gelombang graviti (di sini pendapat beberapa pakar berbeza).

Banyak jenis zarah boleh bergerak berhampiran kelajuan cahaya, tetapi tidak pernah mencapainya.

Nilai sebenar kelajuan cahaya

Para saintis telah mencuba selama bertahun-tahun untuk menentukan kelajuan cahaya, tetapi pengukuran yang tepat telah dibuat pada tahun 70-an abad yang lalu. Akhirnya penunjuk ialah 299,792,458 m/s dengan sisihan maksimum +/-1.2 m. Hari ini ia adalah unit fizikal tidak berubah, kerana jarak dalam satu meter ialah 1/299,792,458 saat, itulah tempoh masa yang diperlukan untuk cahaya dalam vakum bergerak sejauh 100 cm.

saintifik formula untuk menentukan kelajuan cahaya.

Untuk memudahkan pengiraan, penunjuk dipermudahkan kepada 300,000,000 m/s (3×108 m/s). Ia biasa kepada semua orang dalam kursus fizik di sekolah, di sanalah kelajuan diukur dalam bentuk ini.

Peranan asas kelajuan cahaya dalam fizik

Penunjuk ini adalah salah satu yang utama, tanpa mengira sistem rujukan yang digunakan dalam kajian. Ia tidak bergantung kepada pergerakan sumber gelombang, yang juga penting.

Invarian telah dikemukakan oleh Albert Einstein pada tahun 1905. Ini berlaku selepas seorang saintis lain, Maxwell, yang tidak menemui bukti kewujudan eter bercahaya, mengemukakan teori tentang elektromagnetisme.

Penegasan bahawa kesan kausal tidak boleh diangkut pada kelajuan melebihi kelajuan cahaya dianggap agak munasabah hari ini.

By the way! Ahli fizik tidak menafikan bahawa sesetengah zarah boleh bergerak pada kelajuan melebihi penunjuk yang dipertimbangkan. Walau bagaimanapun, mereka tidak boleh digunakan untuk menyampaikan maklumat.

Rujukan sejarah

Untuk memahami ciri-ciri topik dan mengetahui bagaimana fenomena tertentu ditemui, seseorang harus mengkaji eksperimen beberapa saintis. Pada abad ke-19, banyak penemuan telah dibuat yang membantu saintis kemudiannya, mereka terutamanya berkenaan arus elektrik dan fenomena aruhan magnetik dan elektromagnet.

Eksperimen oleh James Maxwell

Penyelidikan ahli fizik mengesahkan interaksi zarah pada jarak jauh. Selepas itu, ini membolehkan Wilhelm Weber untuk membangunkan teori baru elektromagnetisme. Maxwell juga dengan jelas mewujudkan fenomena medan magnet dan elektrik dan menentukan bahawa mereka boleh menjana satu sama lain, membentuk gelombang elektromagnet. Ahli sains inilah yang mula-mula mula menggunakan sebutan "s", yang masih digunakan oleh ahli fizik di seluruh dunia.

Terima kasih kepada ini, kebanyakan penyelidik sudah mula bercakap tentang sifat elektromagnet cahaya. Maxwell, semasa mengkaji kelajuan penyebaran pengujaan elektromagnet, sampai pada kesimpulan bahawa penunjuk ini sama dengan kelajuan cahaya, pada satu masa dia terkejut dengan fakta ini.

Terima kasih kepada penyelidikan Maxwell, menjadi jelas bahawa cahaya, kemagnetan dan elektrik bukanlah konsep yang berasingan. Bersama-sama, faktor-faktor ini menentukan sifat cahaya, kerana ia adalah gabungan medan magnet dan elektrik yang merambat di angkasa.

Skim perambatan gelombang elektromagnet.

Michelson dan pengalamannya dalam membuktikan kemutlakan kelajuan cahaya

Pada awal abad yang lalu, kebanyakan saintis menggunakan prinsip relativiti Galileo, yang menurutnya dipercayai bahawa undang-undang mekanik tidak berubah, tanpa mengira kerangka rujukan mana yang digunakan. Tetapi pada masa yang sama, mengikut teori, halaju perambatan gelombang elektromagnet harus berubah apabila sumber bergerak. Ini bertentangan dengan kedua-dua postulat Galileo dan teori Maxwell, yang merupakan sebab permulaan penyelidikan.

Pada masa itu, kebanyakan saintis cenderung kepada "teori eter", mengikut mana penunjuk tidak bergantung pada kelajuan sumbernya, faktor penentu utama adalah ciri-ciri persekitaran.

Michelson mendapati bahawa kelajuan cahaya tidak bergantung pada arah pengukuran.

Oleh kerana Bumi bergerak di angkasa lepas dalam arah tertentu, kelajuan cahaya, mengikut undang-undang penambahan halaju, akan berbeza apabila diukur dalam arah yang berbeza. Tetapi Michelson tidak menemui sebarang perbezaan dalam perambatan gelombang elektromagnet, tanpa mengira arah mana pengukuran dibuat.

Teori eter tidak dapat menjelaskan kehadiran nilai mutlak, yang menunjukkan kekeliruannya dengan lebih baik.

Teori relativiti khas Albert Einstein

Seorang saintis muda pada masa itu mengemukakan teori yang bertentangan dengan idea kebanyakan penyelidik. Menurutnya, masa dan ruang mempunyai ciri-ciri sedemikian yang memastikan invarian kelajuan cahaya dalam vakum, tanpa mengira kerangka rujukan yang dipilih. Ini menjelaskan percubaan Michelson yang tidak berjaya, kerana kelajuan perambatan cahaya tidak bergantung pada pergerakan sumbernya.

[tds_council]Pengesahan tidak langsung tentang ketepatan teori Einstein ialah "relativiti serentak", intipatinya ditunjukkan dalam rajah.[/tds_council]

Contoh bagaimana lokasi seseorang mempengaruhi persepsi mereka terhadap perambatan cahaya.

Bagaimanakah kelajuan cahaya diukur sebelum ini?

Percubaan untuk menentukan penunjuk ini telah dilakukan oleh ramai, tetapi disebabkan tahap perkembangan sains yang rendah, sebelum ini bermasalah untuk melakukan ini. Oleh itu, saintis zaman dahulu percaya bahawa kelajuan cahaya adalah tidak terhingga, tetapi kemudian ramai penyelidik meragui postulat ini, yang membawa kepada beberapa percubaan untuk menentukannya:

1. Galileo menggunakan lampu suluh. Untuk mengira kelajuan perambatan gelombang cahaya, dia dan pembantunya berada di atas bukit, jarak antaranya ditentukan dengan tepat. Kemudian salah seorang peserta membuka tanglung, yang kedua terpaksa melakukan perkara yang sama sebaik sahaja dia melihat cahaya. Tetapi kaedah ini tidak memberikan hasil kerana kelajuan perambatan gelombang yang tinggi dan ketidakupayaan untuk menentukan selang masa dengan tepat.
2. Olaf Roemer, seorang ahli astronomi dari Denmark, melihat satu ciri semasa memerhati Musytari. Apabila Bumi dan Musytari berada di titik bertentangan dalam orbit mereka, gerhana Io (bulan Musytari) lewat 22 minit berbanding planet itu sendiri. Berdasarkan ini, beliau membuat kesimpulan bahawa kelajuan perambatan gelombang cahaya adalah tidak terhingga dan mempunyai had. Menurut pengiraannya, angka itu adalah kira-kira 220,000 km sesaat.
   Menentukan kelajuan cahaya mengikut Roemer.
3. Sekitar tempoh yang sama, ahli astronomi Inggeris James Bradley menemui fenomena penyimpangan cahaya, apabila disebabkan oleh pergerakan Bumi mengelilingi Matahari, serta disebabkan oleh putaran di sekitar paksinya, kerana kedudukan bintang di langit dan jarak kepada mereka sentiasa berubah.Disebabkan ciri-ciri ini, bintang menggambarkan elips pada setiap tahun. Berdasarkan pengiraan dan pemerhatian, ahli astronomi mengira kelajuan, ia adalah 308,000 km sesaat.
   penyimpangan cahaya
4. Louis Fizeau adalah orang pertama yang memutuskan untuk menentukan penunjuk tepat melalui eksperimen makmal. Dia memasang kaca dengan permukaan cermin pada jarak 8633 m dari sumber, tetapi kerana jaraknya kecil, adalah mustahil untuk membuat pengiraan masa yang tepat. Kemudian saintis itu menubuhkan cogwheel, yang secara berkala menutupi cahaya dengan gigi. Dengan menukar kelajuan roda, Fizeau menentukan kelajuan cahaya tidak sempat tergelincir di antara gigi dan kembali semula. Menurut pengiraannya, kelajuannya ialah 315 ribu kilometer sesaat.
   Pengalaman Louis Fizeau.

Mengukur kelajuan cahaya

Ini boleh dilakukan dalam beberapa cara. Ia tidak berbaloi untuk menganalisisnya secara terperinci; setiap satu akan memerlukan semakan berasingan. Oleh itu, adalah paling mudah untuk memahami jenis:

1. Pengukuran astronomi. Di sini, kaedah Roemer dan Bradley paling kerap digunakan, kerana ia telah membuktikan keberkesanannya dan sifat udara, air dan ciri persekitaran lain tidak menjejaskan prestasi. Di bawah keadaan vakum ruang, ketepatan pengukuran meningkat.
2. resonans rongga atau kesan rongga - ini adalah nama fenomena gelombang magnet berdiri frekuensi rendah yang timbul di antara permukaan planet dan ionosfera. Menggunakan formula khas dan data daripada peralatan pengukur, tidak sukar untuk mengira nilai kelajuan zarah di udara.
3. Interferometri - satu set kaedah penyelidikan di mana beberapa jenis gelombang terbentuk.Ini menghasilkan kesan gangguan, yang memungkinkan untuk melakukan banyak pengukuran bagi kedua-dua getaran elektromagnet dan akustik.

Dengan bantuan peralatan khas, pengukuran boleh diambil tanpa menggunakan teknik khas.

Adakah kelajuan superluminal mungkin?

Berdasarkan teori relativiti, lebihan penunjuk oleh zarah fizik melanggar prinsip kausalitas. Oleh kerana itu, adalah mungkin untuk menghantar isyarat dari masa depan ke masa lalu dan sebaliknya. Tetapi pada masa yang sama, teori itu tidak menafikan bahawa mungkin terdapat zarah yang bergerak lebih pantas, sedangkan ia berinteraksi dengan bahan biasa.

Zarah jenis ini dipanggil takyon. Semakin cepat mereka bergerak, semakin kurang tenaga yang mereka bawa.

Pelajaran video: Percubaan Fizeau. Pengukuran kelajuan cahaya. Fizik darjah 11.

Kelajuan cahaya dalam vakum adalah nilai tetap; banyak fenomena dalam fizik berdasarkannya. Takrifannya menjadi tonggak baru dalam perkembangan sains, kerana ia memungkinkan untuk menerangkan banyak proses dan memudahkan beberapa pengiraan.