Birçok insan erken çocukluktan itibaren “ışık hızı” gibi bir kavramın varlığını biliyor. Ancak herkes fenomen hakkında ayrıntılı olarak bilmiyor.
Birçok kişi bir fırtına sırasında bir yıldırım parlaması ile gök gürültüsü sesi arasında bir gecikme olduğuna dikkat çekti. Salgın, kural olarak, bize daha hızlı ulaşır. Bu, sesten daha yüksek bir hıza sahip olduğu anlamına gelir. Bunun nedeni nedir? Işığın hızı nedir ve nasıl ölçülür?
Işığın hızı nedir?
Önce ışığın hızının ne olduğunu anlayalım. Bilimsel olarak, bu ışınların vakumda veya havada ne kadar hızlı hareket ettiğini gösteren bir miktardır. Ayrıca ışığın ne olduğunu da bilmeniz gerekir. Bu insan gözü tarafından algılanan radyasyon. Hız, çevre koşullarına ve örneğin kırılma gibi diğer özelliklere bağlıdır.
İlginç gerçek: Işığın Dünya'dan bir uyduya, aya gitmesi 1.25 saniye sürer.
Kendi kelimelerinizdeki ışık hızı nedir?
Basitçe ifade etmek gerekirse, ışık hızı, bir ışık huzmesinin herhangi bir mesafeden geçtiği zaman aralığıdır. Zaman genellikle saniye cinsinden ölçülür. Ancak, bazı bilim adamları farklı birimler kullanırlar. Mesafe de farklı şekillerde ölçülür. Temel olarak - bu bir metre. Yani, bu değer m / s olarak kabul edilir. Fizik bunu şu şekilde açıklar: belirli bir hızda (sabit) hareket eden bir fenomen.
Anlaşmayı kolaylaştırmak için aşağıdaki örneğe bakalım. Bisikletçi 20 km / s hızla hareket eder. Hızı 25 km / s olan otomobilin sürücüsüne yetişmek istiyor. Eğer sayarsanız, araba bir bisikletçiden 5 km / s daha hızlı gider. Işık ışınlarıyla işler farklıdır. Birinci ve ikinci insanlar ne kadar hızlı hareket ederse etsin, ışık, onlara göre, sabit bir hızla hareket eder.
Işığın hızı nedir?
Vakumda olmadığında, çeşitli koşullar ışığı etkiler. Işınların içinden geçtiği madde. Saniyede metre sayısı oksijen erişimi olmadan değişmezse, hava erişimi olan bir ortamda değer değişir.
Işık, cam, su ve hava gibi çeşitli malzemelerden daha yavaş geçer. Bu fenomene, ışığın hareketini ne kadar yavaşlattıklarını açıklayan bir kırılma indisi verilir. Camın kırılma indisi 1.5'dir, bu da ışığın saniyede yaklaşık 200 bin kilometre hızla geçtiği anlamına gelir. Suyun kırılma endeksi 1.3 ve havanın kırılma endeksi 1'den biraz fazladır, bu da havanın ışığı hafifçe yavaşlattığı anlamına gelir.
Bu nedenle, hava veya sıvıdan geçtikten sonra hız yavaşlar ve vakumdan daha az olur. Örneğin, çeşitli rezervuarlarda, ışınların hareket hızı uzaydaki hızın 0.75'idir. Ayrıca, 1,01 bar'lık standart basınçla, oran% 1,5-2 oranında yavaşlar. Yani, karasal koşullar altında, ışığın hızı çevresel koşullara bağlı olarak değişir.
Böyle bir fenomen için özel bir kavram geliştirdiler - kırılma. Yani ışığın kırılması. Çeşitli buluşlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, bir refraktör optik sisteme sahip bir teleskoptur. Ayrıca, bunun yardımıyla, özü optik kullanımı olan dürbün ve diğer ekipmanlar da yaratılır.
Genel olarak, en küçük ışın sıradan hava yoluyla kırılabilir. Özel olarak oluşturulmuş bir optik camdan geçerken, hız saniyede yaklaşık 195 bin kilometredir. Bu, sabitten neredeyse 105 bin km / s daha az.
Işık hızının en doğru değeri
Yıllar boyunca fizikçiler ışık ışınlarının hızını araştırma konusunda deneyim kazandılar. Şu anda, ışık hızının en doğru değeri Saniyede 299.792 kilometre. Sabit, 1933 yılında kuruldu. Sayı hala alakalı.
Bununla birlikte, göstergenin belirlenmesi ile başka zorluklar da ortaya çıktı.Bunun nedeni sayaç hatasıydı. Şimdi sayacın kendisi doğrudan ışığın hızına bağlıdır. Işınların belirli sayıda (1 / ışık hızı) hareket ettiği mesafeye eşittir.
Vakumdaki ışığın hızı nedir?
Işık vakumdaki çeşitli koşullardan etkilenmediğinden, hızı Dünya'daki gibi değişmez. Vakumdaki ışık hızı saniyede 299.792 kilometredir. Bu gösterge sınırdır. Dünyadaki hiçbir şeyin daha hızlı hareket edemeyeceğine, oldukça hızlı hareket eden kozmik bedenlere bile inanılıyor.
Örneğin, bir savaşçı, ses hızını neredeyse 10 kat (11 bin km / s'den fazla) aşan bir Boeing X-43, bir ışından daha yavaş uçar. İkincisi saatte 96 bin kilometreden daha hızlı hareket ediyor.
Işık hızı nasıl ölçüldü?
İlk bilim adamları bu değeri ölçmeye çalıştı. Farklı yöntemler kullanıldı. Antik çağda, bilim insanları bunun sonsuz olduğuna inanıyordu, bu yüzden ölçmek imkansız. Bu görüş, 16-17. Yüzyıla kadar uzun bir süre kaldı. O günlerde, ışının bir sonu olduğunu ve bu hızın ölçülebileceğini öneren başka bilim adamları ortaya çıktı.
Danimarka'dan ünlü gökbilimci Olaf Roemer, ışık hızı bilgisini yeni bir seviyeye getirdi. Jüpiter'in ayının tutulmasının geç olduğunu fark etti. Daha önce hiç kimse buna dikkat etmedi. Sonuç olarak, hızı hesaplamaya karar verdi.
Saniyede yaklaşık 220 bin kilometreye eşit olan yaklaşık bir hız ortaya koydu. Daha sonra, İngiltere'den bir bilim adamı James Bradley çalışmaya başladı. Tamamen haklı olmasa da, mevcut araştırma sonuçlarına hafifçe yaklaştı.
Bir süre sonra, çoğu bilim adamı bu miktarla ilgilenmeye başladı. Araştırma farklı ülkelerden insanları içeriyordu. Ancak, 20. yüzyılın 70'lerine kadar görkemli keşifler olmadı. Lazer ve maserler (kuantum jeneratörleri) icat edildiğinden 1970'lerden bu yana bilim adamları araştırma yaptılar ve kesin hızı elde ettiler. Mevcut değer 1983'ten beri geçerlidir. Yalnızca küçük hatalar düzeltildi.
Galileo Deneyim Bilgileri
İtalya'dan bir bilim adamı, deneyimlerinin sadeliği ve dehasıyla o yılların tüm araştırmacılarını şaşırttı. Parmak ucundaki sıradan araçları kullanarak ışığın hızını ölçmeyi başardı.
O ve asistanı, daha önce aralarındaki mesafeyi hesaplayarak komşu tepelere tırmandılar. Yanan fenerleri aldılar, onları ışıkları açan ve kapatan damperler ile donattılar. Sırayla, ışığı açıp kapatarak, ışığın hızını hesaplamaya çalıştılar. Galileo ve asistan ışığı açıp kapatacakları gecikmeyi önceden biliyorlardı. Biri açıldığında diğeri de aynısını yapar.
Ancak deney bir başarısızlıktı. Bilim adamlarının çalışmasını sağlamak için birbirlerinden milyonlarca kilometre uzakta durmak zorunda kalacaklardı.
Römer ve Bradley Deneyimi
Bu çalışma yukarıda kısaca yazılmıştır. Bu, zamanın en ilerici deneyimlerinden biridir. Römer, ışınların hızını ölçmek için astronomi alanındaki bilgileri kullandı. 17. yüzyılın 76. yılında oldu.
Araştırmacı, Io'yu (Jüpiter'in uydusu) bir teleskopla gözlemledi. Aşağıdaki modeli keşfetti: gezegenimiz Jüpiter'den ne kadar uzaklaşırsa Io'nun tutulmasındaki gecikme o kadar büyük olur. En büyük gecikme 21-22 dakika idi.
Uydunun yörüngenin çapının uzunluğuna eşit bir mesafede uzaklaştığını varsayarsak, bilim adamı mesafeyi zamana böldü. Sonuç olarak saniyede 214 bin kilometre yol aldı. Her ne kadar bu çalışma çok yaklaşık olarak değerlendirilmiş olsa da, mesafe yaklaşık olduğu için mevcut göstergeye yaklaştı.
18. yüzyılda, James Bradley çalışmayı tamamladı. Bunu yapmak için, sapmayı kullandı - Dünya'nın güneş etrafındaki hareketi nedeniyle kozmik bedenin pozisyonundaki bir değişiklik. James sapma açısını ölçtü ve gezegenimizin hızını bilerek saniyede 301 bin kilometre değerinde bir değer elde etti.
Fizeau Deneyimi
Araştırmacılar ve sıradan insanlar, Römer ve James Bradley'in deneyimlerinden şüpheliydiler. Buna rağmen, sonuçlar gerçeğe en yakın ve bir asırdan uzun süredir geçerlidir. 19. yüzyılda, Fransa'nın başkenti Paris'ten bir bilim adamı olan Arman Fizeau bu miktarın ölçülmesine katkıda bulundu. Döner deklanşör yöntemini kullandı. Ayrıca, asistanı ile Galileo Galilei gibi, Fizeau gök cisimlerini gözlemlemedi, ancak laboratuvar koşullarında araştırdı.
Deneyim prensibi basittir. Aynaya bir ışık ışını hedeflendi. Ondan yansıyarak, ışığın tekerleğin dişlerinden geçti. Daha sonra 8,6 km mesafede bulunan başka bir yansıtıcı yüzeye çarptı. Tekerlek, bir sonraki boşlukta ışın görünene kadar hızı arttırarak döndürülmüştür. Hesaplamalardan sonra, bilim adamı 313 bin km / s'lik bir sonuç aldı.
Daha sonra çalışma, Fransız fizikçi ve astronom Leon Foucault tarafından 298 bin km / s sonuç alarak tekrarlandı. O zamanki en doğru sonuç. Daha sonraki ölçümler lazerler ve maserler kullanılarak yapıldı.
Süperluminal hız mümkün mü?
Işık hızından daha hızlı nesneler var. Örneğin, güneş ışınları, gölge, dalga titreşimleri. Teorik olarak süperluminal hız geliştirebilmelerine rağmen, yaydıkları enerji hareketlerinin vektörü ile çakışmayacaktır.
Bir ışık demeti, örneğin cam veya sudan geçerse, elektronlar bunu geçebilir. Hareket hızı ile sınırlı değildir. Bu nedenle, bu koşullar altında, ışık herkesten daha hızlı hareket etmez.
Bu fenomene denir Vavilov-Cherenkov etkisi. Çoğu zaman derin rezervuarlarda ve reaktörlerde bulunur.