Banyak orang telah mengetahui tentang adanya konsep seperti "kecepatan cahaya" sejak awal kanak-kanak. Tetapi tidak semua orang mengetahui secara terperinci mengenai fenomena tersebut.
Ramai yang menarik perhatian pada kenyataan bahawa semasa ribut petir terjadi kelewatan antara kilat dan bunyi guruh. Wabak, sebagai peraturan, menjangkau kita lebih cepat. Ini bermaksud bahawa ia mempunyai kelajuan yang lebih besar daripada suara. Apakah sebabnya? Berapakah kelajuan cahaya dan bagaimana diukur?
Berapakah kelajuan cahaya?
Mari kita fahami terlebih dahulu apakah kelajuan cahaya. Secara saintifik, ini adalah kuantiti yang menunjukkan seberapa cepat sinar bergerak di dalam vakum atau di udara. Anda juga perlu mengetahui apa itu cahaya. Inilah sinaran yang dirasakan oleh mata manusia. Kelajuan bergantung pada keadaan persekitaran, serta sifat lain, misalnya, pembiasan.
Fakta menarik: Diperlukan 1.25 saat untuk cahaya bergerak dari Bumi ke satelit, bulan.
Berapakah kelajuan cahaya dalam perkataan anda sendiri?
Secara sederhana, kelajuan cahaya adalah jangka masa di mana pancaran cahaya bergerak sejauh mana pun. Masa biasanya diukur dalam beberapa saat. Walau bagaimanapun, sebilangan saintis menggunakan unit yang berbeza. Jarak juga diukur dengan cara yang berbeza. Pada asasnya - ini adalah meter. Iaitu, nilai ini dipertimbangkan dalam m / s. Fizik menerangkannya sebagai berikut: fenomena yang bergerak dengan kelajuan tertentu (pemalar).
Untuk lebih mudah difahami, mari kita lihat contoh berikut. Penunggang basikal bergerak dengan kelajuan 20 km / j. Dia ingin mengejar pemandu kereta, yang kelajuannya 25 km / j. Sekiranya anda mengira, kereta akan bergerak 5 km / j lebih pantas daripada penunggang basikal. Dengan sinar cahaya, keadaannya berbeza. Tidak kira seberapa cepat orang pertama dan kedua bergerak, cahaya, sehubungan dengan mereka, bergerak dengan kelajuan berterusan.
Berapakah kelajuan cahaya?
Apabila tidak dalam keadaan hampa, pelbagai keadaan mempengaruhi cahaya. Bahan yang dilalui sinar, termasuk. Sekiranya bilangan meter per saat tidak berubah tanpa akses oksigen, maka di persekitaran dengan akses udara, nilainya berubah.
Cahaya bergerak dengan lebih perlahan melalui pelbagai bahan seperti kaca, air dan udara. Fenomena ini diberi indeks biasan untuk menggambarkan berapa banyak mereka memperlambat pergerakan cahaya. Kaca mempunyai indeks biasan 1.5, yang bermaksud cahaya melewatinya dengan kelajuan sekitar 200 ribu kilometer sesaat. Indeks biasan air adalah 1.3, dan indeks biasan udara sedikit lebih daripada 1, yang bermaksud bahawa udara hanya sedikit melambatkan cahaya.
Oleh itu, setelah melalui udara atau cecair, kelajuannya menjadi perlahan, menjadi lebih sedikit daripada dalam keadaan vakum. Sebagai contoh, di pelbagai takungan, kelajuan pergerakan sinar adalah 0.75 dari kelajuan di angkasa. Juga, dengan tekanan standard 1,01 bar, kadarnya melambat sebanyak 1,5-2%. Maksudnya, dalam keadaan terestrial, kelajuan cahaya berbeza-beza bergantung pada keadaan persekitaran.
Untuk fenomena seperti itu, mereka hadir dengan konsep khas - pembiasan. Iaitu, pembiasan cahaya. Ia digunakan secara meluas dalam pelbagai penemuan. Sebagai contoh, refraktor adalah teleskop dengan sistem optik. Juga, dengan bantuan ini, teropong dan peralatan lain juga dibuat, intipati karya yang merupakan penggunaan optik.
Secara umum, sinar terkecil dapat dibiaskan dengan melalui udara biasa. Ketika melalui kaca optik yang dibuat khas, kelajuannya kira-kira 195 ribu kilometer sesaat. Ini hampir 105 ribu km / s daripada pemalar.
Nilai kelajuan cahaya yang paling tepat
Ahli fizik selama bertahun-tahun telah memperoleh pengalaman dalam meneliti kelajuan sinar cahaya. Pada masa ini, nilai kelajuan cahaya yang paling tepat adalah 299,792 kilometer sesaat. Pemalar ini ditubuhkan pada tahun 1933. Nombornya masih relevan.
Walau bagaimanapun, kesukaran selanjutnya timbul dengan penentuan indikator.Ini disebabkan oleh kesalahan meter. Kini meter itu sendiri secara langsung bergantung pada kelajuan cahaya. Ia sama dengan jarak sinar bergerak dalam beberapa saat - 1 / kelajuan cahaya.
Berapakah kelajuan cahaya dalam vakum?
Oleh kerana cahaya tidak dipengaruhi oleh pelbagai keadaan dalam vakum, kelajuannya tidak berubah seperti yang berlaku di Bumi. Kelajuan cahaya dalam vakum adalah 299,792 kilometer sesaat. Petunjuk ini adalah hadnya. Dipercayai bahawa tidak ada yang dapat bergerak lebih cepat di dunia, bahkan badan kosmik yang bergerak cukup cepat.
Sebagai contoh, seorang pejuang, Boeing X-43, yang melebihi kelajuan suara hampir 10 kali (lebih daripada 11 ribu km / j), terbang lebih perlahan daripada pancaran. Yang terakhir bergerak lebih dari 96 ribu kilometer sejam lebih cepat.
Bagaimana kelajuan cahaya diukur?
Para saintis pertama berusaha mengukur nilai ini. Kaedah yang berbeza digunakan. Pada zaman kuno, orang-orang sains percaya bahawa itu tidak terbatas, oleh itu mustahil untuk mengukurnya. Pendapat ini bertahan lama, hingga abad ke-16-17. Pada masa itu, saintis lain muncul yang menyarankan bahawa sinar itu berakhir, dan kelajuan itu dapat diukur.
Ahli astronomi terkenal dari Denmark Olaf Roemer membawa pengetahuan tentang kelajuan cahaya ke tahap yang baru. Dia melihat bahawa gerhana bulan Musytari sudah lewat. Sebelum ini, tidak ada yang memperhatikan perkara ini. Akibatnya, dia memutuskan untuk mengira kepantasan.
Dia memberikan kecepatan yang hampir sama dengan sekitar 220 ribu kilometer sesaat. Kemudian, seorang saintis dari England James Bradley mengambil kajian ini. Walaupun dia tidak betul, dia sedikit mendekati hasil penyelidikan semasa.
Setelah beberapa lama, kebanyakan saintis tertarik dengan kuantiti ini. Penyelidikan ini melibatkan orang dari pelbagai negara. Namun, sehingga 70-an abad ke-20 tidak ada penemuan yang megah. Sejak tahun 1970-an, ketika laser dan maser (penjana kuantum) diciptakan, para saintis melakukan penyelidikan dan memperoleh kepantasan yang tepat. Nilai semasa telah relevan sejak tahun 1983. Membetulkan hanya kesalahan kecil.
Pengalaman Galileo
Seorang saintis dari Itali mengejutkan semua penyelidik pada tahun-tahun itu dengan kesederhanaan dan kejeniusan pengalamannya. Dia berjaya mengukur kelajuan cahaya dengan menggunakan alat biasa yang ada di hujung jarinya.
Dia dan pembantunya mendaki bukit berdekatan, setelah sebelumnya mengira jarak di antara mereka. Mereka mengambil lampu yang menyala, dilengkapi dengan peredam yang membuka dan menutup lampu. Pada gilirannya, membuka dan menutup cahaya, mereka cuba mengira kelajuan cahaya. Galileo dan pembantu tahu terlebih dahulu dengan apa kelewatan mereka akan membuka dan menutup lampu. Apabila satu telah dibuka, yang lain melakukan perkara yang sama.
Walau bagaimanapun, percubaan itu gagal. Untuk membuatnya berfungsi, para saintis harus berdiri pada jarak berjuta-juta kilometer antara satu sama lain.
Pengalaman Römer dan Bradley
Kajian ini telah ditulis secara ringkas di atas. Ini adalah salah satu pengalaman paling progresif pada masa itu. Römer menggunakan pengetahuan dalam astronomi untuk mengukur kelajuan sinar. Ia berlaku pada tahun 76 abad ke-17.
Penyelidik memerhatikan Io (satelit Musytari) melalui teleskop. Dia menemui corak berikut: semakin banyak planet kita menjauh dari Musytari, semakin besar kelewatan gerhana Io. Kelewatan terbesar adalah 21-22 minit.
Dengan mengandaikan bahawa satelit bergerak jauh pada jarak yang sama dengan panjang diameter orbit, saintis membahagi jarak mengikut masa. Hasilnya, dia menerima 214 ribu kilometer sesaat. Walaupun kajian ini dianggap sangat mendekati, karena jaraknya hampir, ia mendekati indikator semasa.
Pada abad ke-18, James Bradley melengkapkan kajian ini. Untuk melakukan ini, dia menggunakan penyimpangan - perubahan kedudukan tubuh kosmik kerana pergerakan Bumi mengelilingi matahari. James mengukur sudut penyimpangan, dan, dengan mengetahui kelajuan planet kita, dia mendapat nilai 301 ribu kilometer sesaat.
Pengalaman Fizeau
Penyelidik dan orang biasa ragu-ragu dengan pengalaman Römer dan James Bradley. Walaupun begitu, hasilnya paling dekat dengan kebenaran dan relevan selama lebih dari satu abad. Pada abad ke-19, Arman Fizeau, seorang saintis dari ibu kota Perancis, Paris, menyumbang kepada pengukuran kuantiti ini. Dia menggunakan kaedah putar putar. Juga, seperti Galileo Galilei dengan pembantunya, Fizeau tidak memerhatikan benda langit, tetapi disiasat dalam keadaan makmal.
Prinsip pengalaman adalah sederhana. Sinar cahaya ditujukan ke arah cermin. Mencerminkan daripadanya, cahaya melewati gigi roda. Kemudian ia memukul permukaan reflektif yang lain, yang terletak pada jarak 8.6 km. Roda diputar, meningkatkan kelajuan, hingga balok terlihat di celah berikutnya. Setelah membuat pengiraan, saintis tersebut memperoleh hasil 313 ribu km / s.
Kemudian, kajian itu diulang oleh ahli fizik dan astronomi Perancis Leon Foucault, menerima hasil 298 ribu km / s. Hasil yang paling tepat pada masa itu. Pengukuran kemudian dilakukan dengan menggunakan laser dan maser.
Adakah kelajuan superluminal mungkin?
Terdapat objek yang lebih cepat daripada kelajuan cahaya. Contohnya, sinar matahari, bayangan, getaran gelombang. Walaupun secara teorinya mereka dapat mengembangkan kelajuan superluminal, tenaga yang mereka pancarkan tidak akan bertepatan dengan vektor gerakan mereka.
Sekiranya pancaran cahaya melintas, misalnya, melalui kaca atau air, maka elektron dapat mengatasinya. Mereka tidak terhad dalam kelajuan pergerakan. Oleh itu, dalam keadaan seperti itu, cahaya tidak bergerak lebih cepat daripada orang lain.
Fenomena ini disebut Kesan Vavilov-Cherenkov. Selalunya dijumpai di takungan dan reaktor yang dalam.