لقد عرف الكثير من الناس عن وجود مثل هذا المفهوم مثل "سرعة الضوء" منذ الطفولة المبكرة. ولكن لا يعلم الجميع بالتفصيل عن هذه الظاهرة.

لفت الكثير الانتباه إلى حقيقة أنه خلال عاصفة رعدية يحدث تأخير بين وميض البرق وصوت الرعد. التفشي ، كقاعدة ، يصل إلينا بشكل أسرع. هذا يعني أن لها سرعة أكبر من الصوت. ما سبب ذلك؟ ما هي سرعة الضوء وكيف تقاس؟

ما هي سرعة الضوء؟

دعونا نفهم أولاً ما هي سرعة الضوء. من الناحية العلمية ، هذه كمية تظهر مدى سرعة تحرك الأشعة في فراغ أو في الهواء. تحتاج أيضًا إلى معرفة ما هو الضوء. هذا هو الإشعاع الذي تراه العين البشرية. تعتمد السرعة على الظروف البيئية ، بالإضافة إلى الخصائص الأخرى ، مثل الانكسار.

حقيقة مثيرة للاهتمام: يستغرق الضوء 1.25 ثانية للانتقال من الأرض إلى القمر الصناعي ، القمر.

ما هي سرعة الضوء في كلماتك الخاصة؟

وببساطة ، فإن سرعة الضوء هي الفترة الزمنية التي تنتقل خلالها شعاع الضوء إلى أي مسافة. يُقاس الوقت عادةً بالثواني. ومع ذلك ، يستخدم بعض العلماء وحدات مختلفة. يتم قياس المسافة أيضًا بطرق مختلفة. في الأساس - هذا متر. أي ، تعتبر هذه القيمة بالمتر / ثانية. يفسر الفيزياء هذا على النحو التالي: ظاهرة تتحرك بسرعة معينة (ثابتة).

لتسهيل الفهم ، لنلق نظرة على المثال التالي. يتحرك الدراج بسرعة 20 كم / ساعة. يريد اللحاق بسائق السيارة التي تبلغ سرعتها 25 كم / ساعة. إذا عدت ، فإن السيارة تسير بسرعة 5 كم / ساعة أسرع من راكب الدراجة الهوائية. مع أشعة الضوء ، الأمور مختلفة. بغض النظر عن مدى سرعة تحرك الأشخاص الأول والثاني ، يتحرك الضوء ، بالنسبة لهم ، بسرعة ثابتة.

ما هي سرعة الضوء؟

عندما لا تكون في فراغ ، تؤثر الظروف المختلفة على الضوء. المادة التي تمر بها الأشعة بما فيها. إذا لم يتغير عدد الأمتار في الثانية دون الوصول إلى الأكسجين ، فعندئذٍ في بيئة بها وصول للهواء ، تتغير القيمة.

ينتقل الضوء بشكل أبطأ من خلال المواد المختلفة مثل الزجاج والماء والهواء. يتم إعطاء هذه الظاهرة مؤشر انكساري لوصف مدى إبطائها حركة الضوء. يحتوي الزجاج على معامل انكسار 1.5 ، مما يعني أن الضوء يمر عبره بسرعة حوالي 200 ألف كيلومتر في الثانية. مؤشر الانكسار للماء هو 1.3 ، ومؤشر الانكسار للهواء أكثر بقليل من 1 ، مما يعني أن الهواء يبطئ قليلاً فقط في الضوء.

لذلك ، بعد المرور عبر الهواء أو السائل ، تتباطأ السرعة ، وتصبح أقل من الفراغ. على سبيل المثال ، في الخزانات المختلفة ، تبلغ سرعة حركة الأشعة 0.75 من السرعة في الفضاء. أيضا ، مع الضغط القياسي 1.01 بار ، يتباطأ المعدل بنسبة 1.5-2٪. أي ، في الظروف الأرضية ، تختلف سرعة الضوء اعتمادًا على الظروف البيئية.

لمثل هذه الظاهرة ، توصلوا إلى مفهوم خاص - الانكسار. أي انكسار الضوء. يتم استخدامه على نطاق واسع في اختراعات مختلفة. على سبيل المثال ، المنكسر هو تلسكوب بنظام بصري. أيضًا ، بمساعدة هذا ، يتم إنشاء مناظير ومعدات أخرى ، وجوهرها استخدام البصريات.

بشكل عام ، يمكن أن ينكسر أصغر شعاع من خلال الهواء العادي. عند المرور عبر زجاج بصري تم إنشاؤه خصيصًا ، تبلغ السرعة حوالي 195 ألف كيلومتر في الثانية. هذا أقل بحوالي 105 ألف كم / ثانية من الثابت.

القيمة الأكثر دقة لسرعة الضوء

اكتسب الفيزيائيون على مر السنين خبرة في البحث عن سرعة أشعة الضوء. في الوقت الحالي ، القيمة الأكثر دقة لسرعة الضوء هي 299،792 كيلومترًا في الثانية. تم إنشاء الثابت في عام 1933. الرقم لا يزال ذا صلة.

ومع ذلك ، نشأت صعوبات أخرى مع تحديد المؤشر.كان هذا بسبب خطأ العداد. الآن يعتمد المقياس نفسه بشكل مباشر على سرعة الضوء. وهي تساوي المسافة التي تنتقل فيها الأشعة في عدد معين من الثواني - 1 / سرعة الضوء.

ما هي سرعة الضوء في الفراغ؟

نظرًا لأن الضوء لا يتأثر بالظروف المختلفة في الفراغ ، فإن سرعته لا تتغير كما هي على الأرض. تبلغ سرعة الضوء في الفراغ 299،792 كيلومترًا في الثانية. مثل هذا المؤشر هو الحد. يعتقد أنه لا يوجد شيء في العالم يمكنه التحرك بشكل أسرع ، حتى الأجسام الكونية التي تتحرك بسرعة كبيرة.

على سبيل المثال ، طائرة مقاتلة ، من طراز بوينج X-43 ، تتجاوز سرعة الصوت بما يقرب من 10 مرات (أكثر من 11 ألف كم / ساعة) ، تطير بشكل أبطأ من الشعاع. يتحرك الأخير بسرعة تزيد عن 96 ألف كيلومتر في الساعة بشكل أسرع.

كيف تم قياس سرعة الضوء؟

حاول العلماء الأوائل قياس هذه القيمة. تم استخدام طرق مختلفة. في فترة العصور القديمة ، اعتقد أهل العلم أنه لا نهائي ، وبالتالي من المستحيل قياسه. ظل هذا الرأي لفترة طويلة ، حتى القرن 16-17. في تلك الأيام ، ظهر علماء آخرون اقترحوا أن الشعاع له نهاية ، ويمكن قياس هذه السرعة.

جلب الفلكي الشهير من الدنمارك أولاف رومر معرفة سرعة الضوء إلى مستوى جديد. لاحظ أن كسوف قمر المشتري متأخر. في السابق ، لم ينتبه أحد لذلك. لذلك ، قرر حساب السرعة.

قدم سرعة تقريبية ، والتي كانت تساوي حوالي 220 ألف كيلومتر في الثانية. في وقت لاحق ، درس عالم من إنجلترا جيمس برادلي الدراسة. على الرغم من أنه لم يكن على حق تمامًا ، فقد اقترب قليلاً من نتائج البحث الحالية.

بعد مرور بعض الوقت ، أصبح معظم العلماء مهتمين بهذه الكمية. شمل البحث أشخاصًا من دول مختلفة. ومع ذلك ، حتى السبعينيات من القرن العشرين ، لم تكن هناك اكتشافات فخمة. منذ السبعينيات ، عندما تم اختراع الليزر والماسرات (مولدات الكم) ، أجرى العلماء أبحاثًا وحصلوا على السرعة الدقيقة. القيمة الحالية ذات الصلة منذ عام 1983. تصحيح الأخطاء الصغيرة فقط.

تجربة جاليليو

فاجأ عالم إيطالي جميع الباحثين في تلك السنوات ببساطته وعبقريته. تمكن من قياس سرعة الضوء باستخدام أدوات عادية في متناول يده.

صعد هو ومساعده التلال المجاورة ، بعد حساب المسافة بينهما سابقًا. أخذوا الفوانيس المضاءة ، وزودوها بمخمدات تفتح وتغلق الأضواء. في المقابل ، فتحوا وأغلقوا الضوء ، حاولوا حساب سرعة الضوء. عرف غاليليو والمساعد مسبقًا ما هو التأخير الذي سيفتحونه ويغلقونه. عندما يفتح أحدهما ، يفعل الآخر نفس الشيء.

ومع ذلك ، كانت التجربة فاشلة. لإنجاح ذلك ، سيتعين على العلماء الوقوف على مسافة ملايين الكيلومترات من بعضهم البعض.

تجربة رومر وبرادلي

سبق كتابة هذه الدراسة لفترة وجيزة أعلاه. هذه واحدة من أكثر التجارب تقدمية في ذلك الوقت. استخدم رومر المعرفة في علم الفلك لقياس سرعة الأشعة. حدث ذلك في عام 76 من القرن السابع عشر.

لاحظ الباحث Io (قمر المشتري) من خلال تلسكوب. اكتشف النمط التالي: كلما ابتعد كوكبنا عن المشتري ، زاد التأخير في كسوف أيو. كان أكبر تأخير 21-22 دقيقة.

بافتراض أن القمر الصناعي يتحرك بعيدًا على مسافة مساوية لطول قطر المدار ، قسم العالم المسافة حسب الوقت. ونتيجة لذلك ، حصل على 214 ألف كيلومتر في الثانية. على الرغم من أن هذه الدراسة تعتبر تقريبية جدًا ، لأن المسافة كانت تقريبية ، فقد اقتربت من المؤشر الحالي.

في القرن الثامن عشر ، استكمل جيمس برادلي الدراسة. للقيام بذلك ، استخدم الانحراف - تغيير في موضع الجسم الكوني بسبب حركة الأرض حول الشمس. قام جيمس بقياس زاوية الانحراف ، ومعرفة سرعة كوكبنا ، حصل على قيمة 301 ألف كيلومتر في الثانية.

تجربة فيزو

كان الباحثون والناس العاديون متشككين في تجارب رومر وجيمس برادلي. على الرغم من ذلك ، كانت النتائج أقرب إلى الحقيقة وذات صلة لأكثر من قرن. في القرن التاسع عشر ، ساهم عالم من عاصمة فرنسا ، باريس ، عرمان فيزو ، في قياس هذه الكمية. استخدم طريقة المصراع الدوار. أيضًا ، مثل جاليليو جاليلي مع مساعده ، لم يلاحظ فيزو الأجرام السماوية ، ولكنه تم التحقيق في ظروف المختبر.

مبدأ التجربة بسيط. كان شعاع الضوء موجهًا إلى المرآة. وانعكاسًا منه ، مر الضوء عبر أسنان العجلة. ثم اصطدم بسطح عاكس آخر يقع على مسافة 8.6 كم. تم تدوير العجلة ، وزيادة السرعة ، حتى كانت الحزمة مرئية في الفجوة التالية. بعد الحسابات ، تلقى العالم نتيجة 313 ألف كم / ثانية.

في وقت لاحق ، كرر الدراسة الفيزيائي والفلكي الفرنسي ليون فوكو ، حيث حصل على نتيجة 298 ألف كم / ثانية. النتيجة الأكثر دقة في ذلك الوقت. تم إجراء قياسات لاحقة باستخدام الليزر والماسرات.

هل السرعة الفائقة ممكنة؟

هناك أشياء أسرع من سرعة الضوء. على سبيل المثال ، أشعة الشمس ، الظل ، اهتزازات الموجة. على الرغم من أنه من الناحية النظرية يمكنهم تطوير سرعة فائقة ، إلا أن الطاقة التي ينبعث منها لن تتزامن مع ناقل الحركة الخاص بهم.

إذا مر شعاع ضوئي ، على سبيل المثال ، من خلال الزجاج أو الماء ، يمكن للإلكترونات تجاوزه. فهي ليست محدودة في سرعة الحركة. لذلك ، في ظل هذه الظروف ، لا يتحرك الضوء بشكل أسرع من أي شخص.

تسمى هذه الظاهرة تأثير فافيلوف-شيرينكوف. غالبا ما توجد في الخزانات والمفاعلات العميقة.