Işık boşlukta ne kadar hızlı hareket eder

Işığın boşluktaki hızı, fizikte yaygın olarak kullanılan ve bir zamanlar birçok keşfin yanı sıra birçok olgunun doğasını açıklamayı mümkün kılan bir göstergedir. Konuyu anlamak ve bu göstergenin nasıl ve hangi koşullarda keşfedildiğini anlamak için incelenmesi gereken birkaç önemli nokta var.

ışık hızı nedir

Işığın boşlukta yayılma hızı, elektromanyetik radyasyonun yayılma hızını yansıtan mutlak bir değer olarak kabul edilir. Fizikte yaygın olarak kullanılır ve küçük bir Latin harfi "s" şeklinde bir atamaya sahiptir ("tse" der).

Bir vakumda, farklı parçacıkların ne kadar hızlı hareket ettiğini belirlemek için ışık hızı kullanılır.

Çoğu araştırmacı ve bilim adamına göre, ışığın boşluktaki hızı, parçacık hareketinin ve çeşitli radyasyon türlerinin yayılmasının mümkün olan maksimum hızıdır.

Fenomen örneklerine gelince, bunlar:

1. Görünür ışık herhangi bir kaynak.
2. Her türlü elektromanyetik radyasyon (x-ışınları ve radyo dalgaları gibi).
3. Yerçekimi dalgaları (burada bazı uzmanların görüşleri farklıdır).

Pek çok türde parçacık ışık hızının yakınında seyahat edebilir, ancak asla ona ulaşamaz.

Işık hızının tam değeri

Bilim adamları uzun yıllardır ışık hızının ne olduğunu belirlemeye çalışıyorlar, ancak geçen yüzyılın 70'lerinde doğru ölçümler yapıldı. Sonunda gösterge 299.792.458 m/s idi +/- 1,2 m maksimum sapma ile. Bugün değişmez bir fiziksel birimdir., bir metredeki mesafe saniyenin 1/299.792.458'i olduğuna göre, ışığın boşlukta 100 cm yol alması bu kadar sürer.

İlmi ışık hızını belirleme formülü.

Hesaplamaları basitleştirmek için, gösterge 300.000.000 m/s'ye (3×108 m/s) basitleştirilmiştir. Okuldaki fizik dersinde herkese tanıdık geliyor, hızın bu formda ölçüldüğü orada.

Işık hızının fizikteki temel rolü

Bu gösterge, çalışmada hangi referans sisteminin kullanıldığına bakılmaksızın ana göstergelerden biridir. Ayrıca önemli olan dalga kaynağının hareketine bağlı değildir.

Değişmezlik, 1905 yılında Albert Einstein tarafından kabul edildi. Bu, ışık saçan bir eterin varlığına dair kanıt bulamayan başka bir bilim adamı Maxwell'in elektromanyetizma hakkında bir teori öne sürmesinden sonra oldu.

Bir nedensel etkinin ışık hızını aşan bir hızda taşınamayacağı iddiası günümüzde oldukça makul görülmektedir.

Bu arada! Fizikçiler, bazı parçacıkların dikkate alınan göstergeyi aşan bir hızda hareket edebildiklerini inkar etmiyorlar. Ancak, bilgi iletmek için kullanılamazlar.

Tarihsel referanslar

Konunun özelliklerini anlamak ve belirli fenomenlerin nasıl keşfedildiğini öğrenmek için bazı bilim adamlarının deneylerini incelemek gerekir. 19. yüzyılda, bilim adamlarına daha sonra yardımcı olan birçok keşif yapıldı, bunlar esas olarak elektrik akımı ve manyetik ve elektromanyetik indüksiyon fenomeni ile ilgiliydi.

James Maxwell'in Deneyleri

Fizikçinin araştırması, parçacıkların uzaktan etkileşimini doğruladı. Daha sonra bu, Wilhelm Weber'in yeni bir elektromanyetizma teorisi geliştirmesine izin verdi. Maxwell ayrıca manyetik ve elektrik alan fenomenini açıkça ortaya koydu ve birbirlerini üreterek elektromanyetik dalgalar oluşturabileceklerini belirledi. Tüm dünyada fizikçiler tarafından hala kullanılan "s" ismini kullanmaya başlayan bu bilim adamıydı.

Bu sayede çoğu araştırmacı ışığın elektromanyetik doğası hakkında konuşmaya başladı bile. Maxwell, elektromanyetik uyarıların yayılma hızını incelerken, bu göstergenin ışık hızına eşit olduğu sonucuna vardı, bir zamanlar bu gerçeğe şaşırdı.

Maxwell'in araştırması sayesinde ışık, manyetizma ve elektriğin ayrı kavramlar olmadığı anlaşıldı. Birlikte, bu faktörler ışığın doğasını belirler, çünkü uzayda yayılan bir manyetik ve elektrik alanın birleşimidir.

Elektromanyetik dalga yayılımı şeması.

Michelson ve ışık hızının mutlaklığını kanıtlama deneyimi

Geçen yüzyılın başında, çoğu bilim adamı Galileo'nun görelilik ilkesini kullandı; buna göre, hangi referans çerçevesinin kullanıldığına bakılmaksızın mekanik yasalarının değişmediğine inanılıyordu. Fakat aynı zamanda teoriye göre, kaynak hareket ettiğinde elektromanyetik dalgaların yayılma hızı da değişmelidir. Bu, hem Galileo'nun varsayımlarına hem de araştırmanın başlamasının nedeni olan Maxwell'in teorisine aykırıydı.

O zaman, çoğu bilim adamı, göstergelerin kaynağının hızına bağlı olmadığı “eter teorisine” eğilimliydi, ana belirleyici faktör çevrenin özellikleriydi.

Michelson, ışığın hızının ölçüm yönüne bağlı olmadığını keşfetti.

Dünya uzayda belirli bir yönde hareket ettiğinden, hızların toplamı yasasına göre ışığın hızı, farklı yönlerde ölçüldüğünde farklı olacaktır. Ancak Michelson, ölçümlerin hangi yönde yapıldığına bakılmaksızın elektromanyetik dalgaların yayılımında herhangi bir fark bulamadı.

Eter teorisi, saflığını daha da iyi gösteren mutlak bir değerin varlığını açıklayamıyordu.

Albert Einstein'ın özel görelilik kuramı

O zamanlar genç bir bilim adamı, çoğu araştırmacının fikirlerine ters düşen bir teori sundu. Ona göre zaman ve uzay, seçilen referans çerçevesinden bağımsız olarak ışığın hızının boşlukta değişmezliğini sağlayan özelliklere sahiptir. Bu, Michelson'un başarısız deneylerini açıkladı, çünkü ışığın yayılma hızı kaynağının hareketine bağlı değil.

[tds_council]Einstein'ın teorisinin doğruluğunun dolaylı olarak teyidi "eşzamanlılığın göreliliği" idi, özü şekilde gösterilmiştir.[/tds_council]

Bir kişinin konumunun ışık yayılımı algısını nasıl etkilediğine dair bir örnek.

Daha önce ışık hızı nasıl ölçülürdü?

Bu göstergeyi belirleme girişimleri birçok kişi tarafından yapılmıştır, ancak bilimin düşük düzeyde gelişmesi nedeniyle bunu yapmak daha önce sorunluydu. Bu nedenle, antik bilim adamları ışık hızının sonsuz olduğuna inanıyorlardı, ancak daha sonra birçok araştırmacı bu varsayımdan şüphe etti ve bu da onu belirlemeye yönelik bir dizi girişime yol açtı:

1. Galileo el feneri kullandı. Işık dalgalarının yayılma hızını hesaplamak için, o ve asistanı, aralarındaki mesafenin tam olarak belirlendiği tepelerdeydi. Sonra katılımcılardan biri feneri açtı, ikincisi ışığı görür görmez aynısını yapmak zorunda kaldı. Ancak bu yöntem, dalga yayılımının yüksek hızı ve zaman aralığını doğru bir şekilde belirleyememesi nedeniyle sonuç vermedi.
2. Danimarkalı bir gökbilimci olan Olaf Roemer, Jüpiter'i gözlemlerken bir özellik fark etti. Dünya ve Jüpiter yörüngelerinde zıt noktalardayken, Io'nun (Jüpiter'in uydusu) tutulması, gezegenin kendisine kıyasla 22 dakika gecikti. Buna dayanarak, ışık dalgalarının yayılma hızının sonsuz olmadığı ve bir sınırı olduğu sonucuna varmıştır. Hesaplarına göre, bu rakam saniyede yaklaşık 220.000 km idi.
   Roemer'e göre ışık hızının belirlenmesi.
3. Aynı dönemde, İngiliz astronom James Bradley, Dünya'nın Güneş etrafındaki hareketi nedeniyle ve ayrıca yıldızların gökyüzündeki konumu nedeniyle kendi ekseni etrafında dönmesi nedeniyle ışık sapması fenomenini keşfetti. ve onlara olan mesafe sürekli değişiyor.Bu özelliklerinden dolayı yıldızlar her yıl bir elips çizer. Hesaplamalara ve gözlemlere dayanarak, gökbilimci hızı hesapladı, saniyede 308.000 km idi.
   ışık sapması
4. Louis Fizeau, bir laboratuvar deneyi yoluyla kesin göstergeyi belirlemeye karar veren ilk kişiydi. Kaynaktan 8633 m mesafeye ayna yüzeyli bir cam yerleştirdi, ancak mesafe küçük olduğu için doğru zaman hesaplamaları yapmak imkansızdı. Daha sonra bilim adamı, ışığı periyodik olarak dişlerle kaplayan bir dişli çark kurdu. Fizeau, tekerleğin hızını değiştirerek ışığın hangi hızda dişlerin arasından kayıp geri dönmek için zamanı olmadığını belirledi. Hesaplarına göre, hız saniyede 315 bin kilometreydi.
   Louis Fizeau'nun Deneyimi.

Işık hızını ölçmek

Bu birkaç yolla yapılabilir. Bunları ayrıntılı olarak analiz etmeye değmez, her biri ayrı bir inceleme gerektirecektir. Bu nedenle, çeşitleri anlamak en kolay yoldur:

1. astronomik ölçümler. Burada, Roemer ve Bradley yöntemleri, etkinliklerini kanıtladıkları ve hava, su ve ortamın diğer özelliklerinin performansı etkilemediği için en sık kullanılır. Uzay boşluğu koşulları altında, ölçüm doğruluğu artar.
2. boşluk rezonansı veya boşluk etkisi - bu, gezegenin yüzeyi ile iyonosfer arasında ortaya çıkan düşük frekanslı duran manyetik dalgalar olgusunun adıdır. Özel formüller ve ölçüm ekipmanından gelen verileri kullanarak, havadaki parçacıkların hızının değerini hesaplamak zor değildir.
3. interferometri - çeşitli dalga türlerinin oluşturulduğu bir dizi araştırma yöntemi.Bu, hem elektromanyetik hem de akustik titreşimlerin sayısız ölçümünü gerçekleştirmeyi mümkün kılan bir girişim etkisi ile sonuçlanır.

Özel ekipman yardımı ile özel teknikler kullanılmadan ölçümler alınabilir.

Süperluminal hız mümkün mü?

Görelilik teorisine dayanarak, göstergenin fiziksel parçacıklar tarafından fazlalığı nedensellik ilkesini ihlal eder. Bu nedenle, gelecekten geçmişe ve bunun tersi de sinyaller iletmek mümkündür. Ancak aynı zamanda teori, sıradan maddelerle etkileşime girerken daha hızlı hareket eden parçacıkların olabileceğini inkar etmez.

Bu tür parçacıklara takyon denir. Ne kadar hızlı hareket ederlerse o kadar az enerji taşırlar.

Video dersi: Fizeau'nun deneyi. Işık hızının ölçülmesi. Fizik 11. sınıf.

Işığın boşluktaki hızı sabit bir değerdir; fizikteki birçok fenomen buna dayanmaktadır. Tanımı, birçok işlemi açıklamayı mümkün kıldığı ve bir dizi hesaplamayı basitleştirdiği için bilimin gelişiminde yeni bir kilometre taşı oldu.