Gaano kabilis ang paglalakbay ng liwanag sa isang vacuum

Ang bilis ng liwanag sa vacuum ay isang tagapagpahiwatig na malawakang ginagamit sa pisika at sa isang pagkakataon ay naging posible upang makagawa ng isang bilang ng mga pagtuklas, pati na rin ipaliwanag ang likas na katangian ng maraming mga phenomena. Mayroong ilang mahahalagang punto na kailangang pag-aralan upang maunawaan ang paksa at maunawaan kung paano at sa ilalim ng anong mga kondisyon natuklasan ang tagapagpahiwatig na ito.

Ano ang bilis ng liwanag

Ang bilis ng pagpapalaganap ng liwanag sa vacuum ay itinuturing na isang ganap na halaga, na sumasalamin sa bilis ng pagpapalaganap ng electromagnetic radiation. Ito ay malawakang ginagamit sa pisika at may pagtatalaga sa anyo ng isang maliit na letrang Latin na "s" (ito ay nagsasabing "tse").

Sa isang vacuum, ang bilis ng liwanag ay ginagamit upang matukoy kung gaano kabilis ang paggalaw ng iba't ibang mga particle.

Ayon sa karamihan ng mga mananaliksik at siyentipiko, ang bilis ng liwanag sa vacuum ay ang pinakamataas na posibleng bilis ng paggalaw ng butil at ang pagpapalaganap ng iba't ibang uri ng radiation.

Tulad ng para sa mga halimbawa ng phenomena, ang mga ito ay:

1. Nakikitang liwanag mula sa alinman pinagmulan.
2. Lahat ng uri ng electromagnetic radiation (tulad ng x-ray at radio waves).
3. Gravitational waves (dito ang mga opinyon ng ilang eksperto ay naiiba).

Maraming mga uri ng mga particle ang maaaring maglakbay malapit sa bilis ng liwanag, ngunit hindi ito maabot.

Ang eksaktong halaga ng bilis ng liwanag

Sinusubukan ng mga siyentipiko sa loob ng maraming taon upang matukoy kung ano ang bilis ng liwanag, ngunit ang mga tumpak na sukat ay ginawa noong 70s ng huling siglo. Sa bandang huli ang tagapagpahiwatig ay 299,792,458 m/s na may maximum na paglihis ng +/-1.2 m. Ngayon ito ay isang hindi nagbabagong pisikal na yunit, dahil ang distansya sa isang metro ay 1/299,792,458 ng isang segundo, iyon ay kung gaano katagal ang ilaw sa isang vacuum upang maglakbay ng 100 cm.

Siyentipiko formula para sa pagtukoy ng bilis ng liwanag.

Upang gawing simple ang mga kalkulasyon, ang indicator ay pinasimple sa 300,000,000 m/s (3×108 m/s). Pamilyar ito sa lahat sa kurso ng pisika sa paaralan, doon nasusukat ang bilis sa pormang ito.

Ang pangunahing papel ng bilis ng liwanag sa pisika

Ang indicator na ito ay isa sa mga pangunahing, anuman ang reference system na ginagamit sa pag-aaral. Hindi ito nakasalalay sa paggalaw ng pinagmumulan ng alon, na mahalaga din.

Ang invariance ay ipinostula ni Albert Einstein noong 1905. Nangyari ito matapos ang isa pang siyentipiko, si Maxwell, na hindi nakahanap ng katibayan ng pagkakaroon ng isang luminiferous ether, ay naglagay ng isang teorya tungkol sa electromagnetism.

Ang assertion na ang isang sanhi na epekto ay hindi maaaring dalhin sa isang bilis na lumalampas sa bilis ng liwanag ay itinuturing na medyo makatwiran ngayon.

Siya nga pala! Hindi itinatanggi ng mga physicist na ang ilan sa mga particle ay maaaring gumalaw sa bilis na lampas sa itinuturing na indicator. Gayunpaman, hindi sila maaaring gamitin upang maghatid ng impormasyon.

Mga sanggunian sa kasaysayan

Upang maunawaan ang mga tampok ng paksa at malaman kung paano natuklasan ang ilang mga phenomena, dapat pag-aralan ng isa ang mga eksperimento ng ilang mga siyentipiko. Noong ika-19 na siglo, maraming mga pagtuklas ang ginawa na tumulong sa mga siyentipiko sa kalaunan, pangunahin nilang nababahala ang electric current at ang mga phenomena ng magnetic at electromagnetic induction.

Mga eksperimento ni James Maxwell

Kinumpirma ng pananaliksik ng physicist ang pakikipag-ugnayan ng mga particle sa malayo. Kasunod nito, pinahintulutan nito si Wilhelm Weber na bumuo ng isang bagong teorya ng electromagnetism. Malinaw ding itinatag ni Maxwell ang phenomenon ng magnetic at electric field at natukoy na maaari silang bumuo ng isa't isa, na bumubuo ng mga electromagnetic wave. Ang siyentipikong ito ang unang nagsimulang gumamit ng pagtatalaga na "s", na ginagamit pa rin ng mga physicist sa buong mundo.

Dahil dito, karamihan sa mga mananaliksik ay nagsimula nang magsalita tungkol sa electromagnetic na katangian ng liwanag. Si Maxwell, habang pinag-aaralan ang bilis ng pagpapalaganap ng mga electromagnetic excitations, ay dumating sa konklusyon na ang tagapagpahiwatig na ito ay katumbas ng bilis ng liwanag, sa isang pagkakataon ay nagulat siya sa katotohanang ito.

Salamat sa pananaliksik ni Maxwell, naging malinaw na ang liwanag, magnetism at kuryente ay hindi magkahiwalay na konsepto. Sama-sama, tinutukoy ng mga salik na ito ang likas na katangian ng liwanag, dahil ito ay kumbinasyon ng magnetic at electric field na kumakalat sa kalawakan.

Scheme ng electromagnetic wave propagation.

Michelson at ang kanyang karanasan sa pagpapatunay ng ganap na bilis ng liwanag

Sa simula ng huling siglo, ginamit ng karamihan sa mga siyentipiko ang prinsipyo ng relativity ni Galileo, ayon sa kung saan pinaniniwalaan na ang mga batas ng mekanika ay hindi nagbabago, anuman ang ginamit na frame of reference. Ngunit sa parehong oras, ayon sa teorya, ang bilis ng pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave ay dapat magbago kapag gumagalaw ang pinagmulan. Ito ay sumalungat sa parehong postulates ng Galileo at Maxwell's theory, na siyang dahilan ng pagsisimula ng pananaliksik.

Sa oras na iyon, ang karamihan sa mga siyentipiko ay hilig sa "teorya ng eter", ayon sa kung saan ang mga tagapagpahiwatig ay hindi nakasalalay sa bilis ng pinagmulan nito, ang pangunahing kadahilanan sa pagtukoy ay ang mga tampok ng kapaligiran.

Natuklasan ni Michelson na ang bilis ng liwanag ay hindi nakadepende sa direksyon ng pagsukat.

Dahil ang Earth ay gumagalaw sa outer space sa isang tiyak na direksyon, ang bilis ng liwanag, ayon sa batas ng pagdaragdag ng mga bilis, ay mag-iiba kapag sinusukat sa iba't ibang direksyon. Ngunit si Michelson ay walang nakitang pagkakaiba sa pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave, anuman ang direksyon na ginawa ang mga sukat.

Ang teorya ng eter ay hindi maipaliwanag ang pagkakaroon ng isang ganap na halaga, na nagpakita ng kamalian nito nang mas mahusay.

Espesyal na teorya ng relativity ni Albert Einstein

Ang isang batang siyentipiko sa oras na iyon ay nagpakita ng isang teorya na sumasalungat sa mga ideya ng karamihan sa mga mananaliksik. Ayon dito, ang oras at espasyo ay may mga katangian na nagsisiguro sa pagkakaiba-iba ng bilis ng liwanag sa vacuum, anuman ang napiling frame ng sanggunian. Ipinaliwanag nito ang hindi matagumpay na mga eksperimento ng Michelson, dahil ang bilis ng pagpapalaganap ng liwanag ay hindi nakasalalay sa paggalaw ng pinagmulan nito.

[tds_council]Ang hindi direktang pagkumpirma ng kawastuhan ng teorya ni Einstein ay ang "relativity of simultaneity", ang esensya nito ay ipinapakita sa figure.[/tds_council]

Isang halimbawa kung paano naaapektuhan ng lokasyon ng isang tao ang kanilang pananaw sa pagpapalaganap ng liwanag.

Paano nasusukat ang bilis ng liwanag noon?

Ang mga pagtatangka upang matukoy ang tagapagpahiwatig na ito ay ginawa ng marami, ngunit dahil sa mababang antas ng pag-unlad ng agham, dati ay may problemang gawin ito. Kaya, ang mga siyentipiko noong unang panahon ay naniniwala na ang bilis ng liwanag ay walang hanggan, ngunit sa paglaon maraming mga mananaliksik ang nag-alinlangan sa postulate na ito, na humantong sa isang bilang ng mga pagtatangka upang matukoy ito:

1. Gumamit si Galileo ng mga flashlight. Upang kalkulahin ang bilis ng pagpapalaganap ng mga light wave, siya at ang kanyang katulong ay nasa mga burol, ang distansya sa pagitan ng kung saan ay eksaktong tinutukoy. Pagkatapos ay binuksan ng isa sa mga kalahok ang parol, ang pangalawa ay kailangang gawin ang parehong sa sandaling makita niya ang liwanag. Ngunit ang pamamaraang ito ay hindi nagbigay ng mga resulta dahil sa mataas na bilis ng pagpapalaganap ng alon at ang kawalan ng kakayahang tumpak na matukoy ang agwat ng oras.
2. Napansin ni Olaf Roemer, isang astronomer mula sa Denmark, ang isang tampok habang pinagmamasdan ang Jupiter. Noong ang Earth at Jupiter ay nasa magkasalungat na mga punto sa kanilang mga orbit, ang eclipse ng Io (isang buwan ng Jupiter) ay huli ng 22 minuto kumpara sa mismong planeta. Batay dito, napagpasyahan niya na ang bilis ng pagpapalaganap ng mga light wave ay hindi walang hanggan at may limitasyon. Ayon sa kanyang mga kalkulasyon, ang bilang ay humigit-kumulang 220,000 km bawat segundo.
   Pagtukoy sa bilis ng liwanag ayon kay Roemer.
3. Sa paligid ng parehong panahon, natuklasan ng English astronomer na si James Bradley ang phenomenon ng light aberration, kapag dahil sa paggalaw ng Earth sa paligid ng Araw, pati na rin dahil sa pag-ikot sa paligid ng axis nito, dahil sa kung saan ang posisyon ng mga bituin sa kalangitan at ang distansya sa kanila ay patuloy na nagbabago.Dahil sa mga tampok na ito, inilalarawan ng mga bituin ang isang ellipse sa bawat taon. Batay sa mga kalkulasyon at obserbasyon, kinakalkula ng astronomer ang bilis, ito ay 308,000 km bawat segundo.
   aberasyon ng liwanag
4. Si Louis Fizeau ang unang nagpasya na matukoy ang eksaktong tagapagpahiwatig sa pamamagitan ng isang eksperimento sa laboratoryo. Nag-install siya ng salamin na may salamin na ibabaw sa layo na 8633 m mula sa pinagmulan, ngunit dahil maliit ang distansya, imposibleng gumawa ng tumpak na mga kalkulasyon ng oras. Pagkatapos ay nag-set up ang siyentipiko ng isang cogwheel, na pana-panahong tinatakpan ang ilaw ng mga ngipin. Sa pamamagitan ng pagbabago ng bilis ng gulong, natukoy ni Fizeau kung gaano kabilis ang ilaw ay walang oras na dumulas sa pagitan ng mga ngipin at bumalik. Ayon sa kanyang mga kalkulasyon, ang bilis ay 315 libong kilometro bawat segundo.
   Karanasan ni Louis Fizeau.

Pagsukat ng bilis ng liwanag

Magagawa ito sa maraming paraan. Hindi sulit na pag-aralan ang mga ito nang detalyado; ang bawat isa ay mangangailangan ng hiwalay na pagsusuri. Samakatuwid, ito ay pinakamadaling maunawaan ang mga varieties:

1. Astronomical na mga sukat. Dito, ang mga pamamaraan ng Roemer at Bradley ay madalas na ginagamit, dahil napatunayan nila ang kanilang pagiging epektibo at ang mga katangian ng hangin, tubig at iba pang mga tampok ng kapaligiran ay hindi nakakaapekto sa pagganap. Sa ilalim ng mga kondisyon ng space vacuum, tumataas ang katumpakan ng pagsukat.
2. cavity resonance o epekto ng cavity - ito ang pangalan ng phenomenon ng low-frequency standing magnetic waves na lumabas sa pagitan ng ibabaw ng planeta at ng ionosphere. Gamit ang mga espesyal na formula at data mula sa mga kagamitan sa pagsukat, hindi mahirap kalkulahin ang halaga ng bilis ng mga particle sa hangin.
3. Interferometry - isang hanay ng mga pamamaraan ng pananaliksik kung saan nabuo ang ilang uri ng mga alon.Nagreresulta ito sa isang interference effect, na ginagawang posible na magsagawa ng maraming mga sukat ng parehong electromagnetic at acoustic vibrations.

Sa tulong ng mga espesyal na kagamitan, ang mga sukat ay maaaring gawin nang hindi gumagamit ng mga espesyal na pamamaraan.

Posible ba ang superluminal na bilis?

Batay sa teorya ng relativity, ang labis na tagapagpahiwatig ng mga pisikal na particle ay lumalabag sa prinsipyo ng causality. Dahil dito, posibleng magpadala ng mga signal mula sa hinaharap hanggang sa nakaraan at vice versa. Ngunit sa parehong oras, hindi itinatanggi ng teorya na maaaring may mga particle na gumagalaw nang mas mabilis, habang nakikipag-ugnayan sila sa mga ordinaryong sangkap.

Ang ganitong uri ng mga particle ay tinatawag na tachyon. Kung mas mabilis silang kumilos, mas kaunting enerhiya ang kanilang dinadala.

Aralin sa video: Eksperimento ni Fizeau. Pagsukat ng bilis ng liwanag. Physics grade 11.

Ang bilis ng liwanag sa isang vacuum ay isang pare-parehong halaga; maraming phenomena sa pisika ang nakabatay dito. Ang kahulugan nito ay naging isang bagong milestone sa pag-unlad ng agham, dahil ginawa nitong posible na ipaliwanag ang maraming proseso at pinasimple ang isang bilang ng mga kalkulasyon.