MI A FéNYSEBESSéG?

Send

Az ókorban a filozófusok és tudósok igyekeztek megérteni a fényt. Amellett, hogy megpróbálták megismerni alapvető tulajdonságait (vagyis hogy miből készül - részecske vagy hullám stb.), Megkíséreltek véges méréseket is készíteni arról, hogy milyen gyorsan halad. A 17. század vége óta a tudósok ezt tették és egyre nagyobb pontossággal.

Ennek során jobban megértették a fény mechanikáját és annak fontos szerepét a fizikában, a csillagászatban és a kozmológiában. Egyszerűen fogalmazva: a fény hihetetlen sebességgel mozog, és ez a leggyorsabban mozgó dolog az univerzumban. Sebességét állandónak és megszakíthatatlan akadálynak tekintik, és a távolság mérésének eszközeként használják. De milyen gyorsan utazik?

Fénysebesség (c):

A fény állandó sebességgel, 1 079 252 848,8 (1,07 milliárd) km / óra sebességgel halad. Ez 299 792 458 m / s-ig, vagyis körülbelül 670 616 629 mph (mérföld / óra) sebességgel működik. A perspektíva szempontjából, ha a fénysebességgel tud utazni, akkor körülbelül hét és fél alkalommal másodpercenként megkerülheti a földgömböt. Eközben egy embernek, amelynek átlagos sebessége körülbelül 800 km / h (500 mph) lenne, több mint 50 óra kellene, hogy a bolygó csak egyszer körbekerüljön.

Csillagászati szempontból az átlagos távolság a Földtől a Holdig 384 398,25 km (238 854 mérföld). Tehát a fény átlépte ezt a távolságot körülbelül egy másodperc alatt. Eközben a Nap és a Föld átlagos távolsága ~ 149 597 886 km (92 955 817 mérföld), ami azt jelenti, hogy a fénynek csak körülbelül 8 percre van szüksége az út megtételéhez.

Nem csoda, hogy miért a fénysebesség a metrika a csillagászati távolságok meghatározásához. Amikor azt mondjuk, hogy egy olyan csillag, mint a Proxima Centauri, 4,25 fényévnyire van, azt mondjuk, hogy ehhez - 1,07 milliárd km / óra állandó sebességgel (670,616,629 mph) - kb. 4 év és 3 hónap eljutni kell ehhez. De hogyan jutottunk el ehhez a rendkívül specifikus „fénysebesség” méréshez?

A tanulmány története:

A 17. századig a tudósok nem voltak biztosak abban, hogy a fény véges sebességgel halad-e vagy azonnal. Az ókori görögök napjaitól a középkori iszlám tudósokig és a korai modern korszak tudósáig a vita oda-vissza ment. Csak a dán csillagász Øle Rømer (1644-1710) munkájáig végezték el az első mennyiségi mérést.

1676-ban Rømer megfigyelte, hogy a Jupiter legbelsõ hold Io periódusai rövidebbnek látszanak, amikor a Föld közeledett a Jupiterhez, mint amikor távozott tőle. Ebből arra a következtetésre jutott, hogy a fény véges sebességgel halad, és becslése szerint körülbelül 22 percbe telik a Föld pályájának átmérőjének átlépése.

Christiaan Huygens ezt a becslést használta, és kombinálta a Föld pályájának átmérőjének becslésével, hogy 220 000 km / s becslést kapjon. Isaac Newton Rømer számításairól is beszélt alapvető munkájában Opticks (1706). A Föld és a Nap közötti távolságot alkalmazva kiszámította, hogy hét vagy nyolc perc alatt könnyű lesz az egyik és a másik közötti utazás. Mindkét esetben viszonylag kis különbözettel tértek el.

A francia fizikusok, Hippolyte Fizeau (1819 - 1896) és Léon Foucault (1819 - 1868) későbbi mérései tovább finomították ezeket a méréseket - 315 000 km / s (192 625 mi / s) értéket eredményezve. És a 19. század második felére a tudósok felismerték a fény és az elektromágnesesség kapcsolatát.

Ezt az elektromágneses és elektrosztatikus töltéseket mérő fizikusok végezték el, akik aztán megállapították, hogy a számérték nagyon közel állt a fénysebességhez (a Fizeau által mérve). A munkája alapján, amely kimutatta, hogy az elektromágneses hullámok terjednek az üres térben, Wilhelm Eduard Weber német fizikus javasolta, hogy a fény elektromágneses hullám.

A következő nagy áttörés a 20. század elején történt / 1905-ben „A mozgó test elektrodinamikájáról ”, Albert Einstein azt állította, hogy a vákuumban levő fénysebesség, amelyet nem gyorsító megfigyelő mér, minden inerciális referenciakeretben azonos és független a forrás vagy a megfigyelő mozgásától.

E és a Galileo relativitáselméletének alapjaként Einstein a speciális relativitáselmélet elméletét vezette le, amelyben a fénysebesség vákuumban (c) alapvető állandó volt. Ezt megelőzően a tudósok közötti konszenzus szerint a helyet tele van egy „világító éterrel”, amely felelős a terjedéséért - azaz a mozgó közegen áthaladó fényt a közeg húzza.

Ez viszont azt jelentette, hogy a fény mért sebessége a sebesség egyszerű összege lesz keresztül közepes plusz a sebesség nak,-nek az a közeg. Einstein elmélete azonban ténylegesen felhasználhatatlanná tette a helyhez kötött éter fogalmát, és forradalmasította a tér és az idő fogalmait.

Nem csak elősegítette azt az elképzelést, hogy a fénysebesség minden inerciális referenciakeretben azonos, és bevezette azt az elképzelést is, hogy jelentős változások történnek akkor, amikor a dolgok a fénysebességhez közel állnak. Idetartozik egy mozgó test idő-tér kerete, amely úgy tűnik, hogy lelassul és mozgás irányában összehúzódik, amikor a megfigyelő keretében mérik (azaz az idő tágulása, ahol az idő lelassul, amikor a fénysebesség közeledik).

Megfigyelései összeegyeztették Maxwell elektromos és mágneses egyenleteit a mechanika törvényeivel, egyszerűsítették a matematikai számításokat azáltal, hogy eltávolították a más tudósok által használt magyarázatokat, és összhangban álltak a közvetlenül megfigyelt fénysebességgel.

A 20. század második felében a lézer inferométerekkel és üreges rezonancia technikákkal történő egyre pontosabb mérések tovább finomítják a fénysebesség becsléseit. 1972-re az USA Nemzeti Szabványügyi Iroda (Boulder, Colorado) egy csoportja lézeres inferométer technikát alkalmazott a jelenleg elismert 299 792 458 m / s érték elérésére.

Szerepe a modern asztrofizikában:

Einstein elméletét, miszerint a fénysebesség vákuumban független a forrás mozgásától és a megfigyelő tehetetlenségi referenciakeretét, azóta számos kísérlet következetesen megerősítette. Ez egy felső határt határoz meg azon sebességnél, amelyen az összes tömeg nélküli részecske és hullám (beleértve a fényt is) vákuumban haladhat.

Ennek egyik növekedése az, hogy a kozmológusok most a tér és az idő egységes, egységes szerkezetének tekintik, amelyet téridőnek hívnak - amelyben a fénysebesség felhasználható az értékek meghatározására mindkettőre (azaz „fényévekre”, „fénypercekre” és „Könnyű másodperc”). A fénysebesség mérése szintén fontos tényezővé vált a kozmikus expanzió sebességének meghatározásakor.

Az 1920-as évektől kezdve, Lemaitre és Hubble megfigyeléseivel, a tudósok és a csillagászok rájöttek, hogy az univerzum a kiindulási pontról bővül. Hubble azt is megfigyelte, hogy minél távolabb van egy galaxis, annál gyorsabban mozog. A továbbiakban Hubble-paraméterként a világegyetem bővülésének sebességét 68 km / s-ra számolják megaparsec-enként.

Ez a jelenség, amelynek elmélete azt jelenti, hogy egyes galaxisok valóban gyorsabban tudnak mozogni, mint a fénysebesség, korlátokat szabhatnak arra, ami megfigyelhető az univerzumban. Alapvetően a fénysebességnél gyorsabban haladó galaxisok átkelnek egy „kozmológiai eseményhorizonton”, ahol már nem láthatók számunkra.

Az 1990-es évekre a távoli galaxisok vöröseltolódási mérései azt is mutatták, hogy az univerzum terjeszkedése felgyorsult az elmúlt néhány milliárd év alatt. Ez olyan elméletekhez vezetett, mint a „Sötét energia”, ahol egy láthatatlan erő maga a tér tágulását hajtja a rajta mozgó tárgyak helyett (ezáltal nem korlátozza a fénysebességet vagy megsérti a relativitáselméletet).

A speciális és az általános relativitáselmélet mellett a vákuumban levő fénysebesség modern értéke a kozmológia, a kvantumfizika és a részecskefizika standard modelljének ismerete. Állandó marad, amikor arról a felső határról beszélünk, amelyen a tömeg nélküli részecskék el tudnak mozogni, és elérhetetlen akadályt képez a tömegű részecskék számára.

Lehet, hogy valamikor találunk egy módot a fénysebesség túllépésére. Noha nincs gyakorlati ötletünk arra, hogy ez hogyan történhet, úgy tűnik, hogy az intelligens pénz olyan technológiákra fordul, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy megkerüljük az űrtartomány törvényeit, akár láncbuborékok létrehozásával (más néven Alcubierre Warp meghajtó), akár átjárással rajtuk keresztül ( más néven féreglyukak).

Addig addig nem kell elégedetté válnunk, mint az általunk látott világegyetem, és meg kell tartanunk magunkat annak feltárásával, amely a hagyományos módszerekkel elérhető.

Számos cikket írtunk a fény sebességéről a Space Magazine számára. Itt van: Mennyire gyors a fénysebesség? Hogyan lehet a galaxisok gyorsabban elmozdulni, mint a fény? Hogyan lehet az űr gyorsabban utazni, mint a fény sebessége? És megtörni a fénysebességet?

Ez egy hűvös számológép, amely lehetővé teszi sok különböző egység konvertálását a fénysebességhez, és egy relativitásellenőrző számológépet arra az esetre, ha szinte a fénysebességet akarta megtenni.

A Csillagászat Szereplőknek szintén van egy epizódja, amely a fény sebességével kapcsolatos kérdésekkel foglalkozik - Kérdések mutatása: relativitás, relativitás és egyéb relativitás.

Forrás: