Ánh sáng truyền nhanh như thế nào trong chân không

Tốc độ ánh sáng trong chân không là một chỉ số được sử dụng rộng rãi trong vật lý và đã có lúc giúp người ta thực hiện một số khám phá, cũng như giải thích bản chất của nhiều hiện tượng. Có một số điểm quan trọng cần được nghiên cứu để hiểu chủ đề và hiểu được chỉ số này được phát hiện như thế nào và trong điều kiện nào.

Tốc độ ánh sáng là gì

Tốc độ truyền của ánh sáng trong chân không được coi là một giá trị tuyệt đối, phản ánh tốc độ lan truyền của bức xạ điện từ. Nó được sử dụng rộng rãi trong vật lý và có một ký hiệu dưới dạng một chữ cái Latinh nhỏ "s" (nó nói "tse").

Trong chân không, tốc độ ánh sáng được sử dụng để xác định tốc độ di chuyển của các hạt khác nhau.

Theo hầu hết các nhà nghiên cứu và nhà khoa học, tốc độ ánh sáng trong chân không là tốc độ tối đa có thể có của chuyển động hạt và sự lan truyền của các loại bức xạ khác nhau.

Đối với các ví dụ về hiện tượng, chúng là:

1. Ánh sáng có thể nhìn thấy từ bất kỳ nguồn.
2. Tất cả các loại bức xạ điện từ (chẳng hạn như tia X và sóng vô tuyến).
3. Sóng hấp dẫn (ở đây ý kiến ​​của một số chuyên gia khác nhau).

Nhiều loại hạt có thể di chuyển gần bằng tốc độ ánh sáng, nhưng không bao giờ đạt được nó.

Giá trị chính xác của tốc độ ánh sáng

Các nhà khoa học đã cố gắng trong nhiều năm để xác định tốc độ ánh sáng là bao nhiêu, nhưng các phép đo chính xác mới được thực hiện vào những năm 70 của thế kỷ trước. Sau cùng chỉ số là 299.792.458 m / s với độ lệch tối đa +/- 1,2 m. Ngày nay nó là một đơn vị vật lý bất biến, vì khoảng cách tính bằng mét là 1 / 299.792.458 giây, đó là thời gian để ánh sáng trong chân không đi được 100 cm.

Thuộc về khoa học công thức xác định tốc độ ánh sáng.

Để đơn giản hóa các tính toán, chỉ báo được đơn giản hóa thành 300.000.000 m / s (3 × 108 m / s). Nó là quen thuộc với tất cả mọi người trong quá trình vật lý ở trường, đó là tốc độ được đo ở dạng này.

Vai trò cơ bản của tốc độ ánh sáng trong vật lý

Chỉ số này là một trong những chỉ số chính, bất kể hệ quy chiếu nào được sử dụng trong nghiên cứu. Nó không phụ thuộc vào chuyển động của nguồn sóng, điều này cũng rất quan trọng.

Sự bất biến đã được Albert Einstein công nhận vào năm 1905. Điều này xảy ra sau khi một nhà khoa học khác, Maxwell, người không tìm thấy bằng chứng về sự tồn tại của một ete ánh sáng, đưa ra một lý thuyết về điện từ học.

Khẳng định rằng một tác động nhân quả không thể được vận chuyển với tốc độ vượt quá tốc độ ánh sáng được coi là khá hợp lý ngày nay.

Nhân tiện! Các nhà vật lý không phủ nhận rằng một số hạt có thể di chuyển với tốc độ vượt quá chỉ số được xem xét. Tuy nhiên, chúng không thể được sử dụng để truyền tải thông tin.

Tài liệu tham khảo lịch sử

Để hiểu được các đặc điểm của chủ đề và tìm hiểu làm thế nào một số hiện tượng được phát hiện, người ta nên nghiên cứu các thí nghiệm của một số nhà khoa học. Vào thế kỷ 19, nhiều khám phá đã được đưa ra giúp ích cho các nhà khoa học sau này, họ chủ yếu quan tâm đến dòng điện và các hiện tượng từ trường và cảm ứng điện từ.

Thử nghiệm của James Maxwell

Nghiên cứu của nhà vật lý đã xác nhận sự tương tác của các hạt ở khoảng cách xa. Sau đó, điều này cho phép Wilhelm Weber phát triển một lý thuyết mới về điện từ học. Maxwell cũng xác lập rõ ràng hiện tượng từ trường và điện trường và xác định rằng chúng có thể tạo ra nhau, tạo thành sóng điện từ. Chính nhà khoa học này là người đầu tiên bắt đầu sử dụng ký hiệu "s", hiện vẫn được các nhà vật lý trên thế giới sử dụng.

Nhờ đó, hầu hết các nhà nghiên cứu sau đó đã bắt đầu nói về bản chất điện từ của ánh sáng. Maxwell, trong khi nghiên cứu tốc độ lan truyền của kích thích điện từ, đã đưa ra kết luận rằng chỉ số này bằng với tốc độ ánh sáng, có lúc ông đã rất ngạc nhiên về điều này.

Nhờ nghiên cứu của Maxwell, rõ ràng rằng ánh sáng, từ tính và điện không phải là những khái niệm riêng biệt. Cùng với nhau, những yếu tố này quyết định bản chất của ánh sáng, bởi vì nó là sự kết hợp của từ trường và điện trường lan truyền trong không gian.

Lược đồ về sự truyền sóng điện từ.

Michelson và kinh nghiệm của ông trong việc chứng minh tính tuyệt đối của tốc độ ánh sáng

Vào đầu thế kỷ trước, hầu hết các nhà khoa học sử dụng nguyên lý tương đối của Galileo, theo đó người ta tin rằng các định luật cơ học là không thay đổi, bất kể hệ quy chiếu nào được sử dụng. Nhưng đồng thời, theo lý thuyết, vận tốc truyền của sóng điện từ nên thay đổi khi nguồn chuyển động. Điều này đi ngược lại cả định đề của Galileo và lý thuyết của Maxwell, đó là lý do cho việc bắt đầu nghiên cứu.

Vào thời điểm đó, hầu hết các nhà khoa học nghiêng về “lý thuyết ête”, theo đó các chỉ số không phụ thuộc vào tốc độ của nguồn phát ra nó, yếu tố quyết định chính là các đặc điểm của môi trường.

Michelson phát hiện ra rằng tốc độ ánh sáng không phụ thuộc vào hướng đo.

Vì Trái đất di chuyển trong không gian vũ trụ theo một hướng nhất định, tốc độ ánh sáng, theo quy luật cộng các vận tốc, sẽ khác nhau khi đo theo các hướng khác nhau. Nhưng Michelson không tìm thấy bất kỳ sự khác biệt nào trong sự lan truyền của sóng điện từ, bất kể các phép đo được thực hiện theo hướng nào.

Lý thuyết ête không thể giải thích sự hiện diện của một giá trị tuyệt đối, điều này cho thấy sự sai lầm của nó thậm chí còn tốt hơn.

Thuyết tương đối hẹp của Albert Einstein

Một nhà khoa học trẻ vào thời điểm đó đã trình bày một lý thuyết trái ngược với ý tưởng của hầu hết các nhà nghiên cứu. Theo nó, thời gian và không gian có những đặc điểm đảm bảo sự bất biến của tốc độ ánh sáng trong chân không, không phụ thuộc vào hệ quy chiếu đã chọn. Điều này giải thích cho những thí nghiệm không thành công của Michelson, vì tốc độ truyền ánh sáng không phụ thuộc vào chuyển động của nguồn phát ra nó.

[tds_council] Xác nhận gián tiếp về tính đúng đắn của lý thuyết Einstein là "thuyết tương đối của tính đồng thời", bản chất của nó được thể hiện trong hình. [/ tds_council]

Một ví dụ về cách vị trí của một người ảnh hưởng đến nhận thức của họ về sự truyền ánh sáng.

Trước đây người ta đo tốc độ ánh sáng như thế nào?

Nhiều người đã cố gắng xác định chỉ số này, nhưng do trình độ phát triển của khoa học còn thấp nên việc làm này trước đây gặp nhiều khó khăn. Do đó, các nhà khoa học thời cổ đại tin rằng tốc độ ánh sáng là vô hạn, nhưng sau đó nhiều nhà nghiên cứu nghi ngờ định đề này, dẫn đến một số cố gắng xác định nó:

1. Galileo đã sử dụng đèn pin. Để tính toán tốc độ lan truyền của sóng ánh sáng, ông và trợ lý của mình đã ở trên những ngọn đồi, khoảng cách giữa chúng được xác định chính xác. Sau đó, một trong những người tham gia mở lồng đèn, người thứ hai cũng phải làm như vậy ngay khi nhìn thấy ánh sáng. Nhưng phương pháp này không cho kết quả do tốc độ truyền sóng lớn và không thể xác định chính xác khoảng thời gian.
2. Olaf Roemer, một nhà thiên văn học đến từ Đan Mạch, đã nhận thấy một đặc điểm khi quan sát Sao Mộc. Khi Trái Đất và Sao Mộc ở hai điểm đối nhau trên quỹ đạo của chúng, nhật thực của Io (một mặt trăng của Sao Mộc) đã trễ 22 phút so với chính hành tinh này. Trên cơ sở đó, ông kết luận rằng tốc độ lan truyền của sóng ánh sáng không phải là vô hạn và có giới hạn. Theo tính toán của ông, con số này xấp xỉ 220.000 km mỗi giây.
   Xác định tốc độ ánh sáng theo Roemer.
3. Cũng trong khoảng thời gian này, nhà thiên văn học người Anh James Bradley đã phát hiện ra hiện tượng quang sai khi do chuyển động của Trái đất quanh Mặt trời, cũng như do chuyển động quay quanh trục của nó, do đó vị trí của các ngôi sao trên bầu trời. và khoảng cách đến chúng không ngừng thay đổi.Do những đặc điểm này, các ngôi sao mô tả một hình elip trong mỗi năm. Dựa trên những tính toán và quan sát, nhà thiên văn đã tính được tốc độ, nó là 308.000 km một giây.
   quang sai của ánh sáng
4. Louis Fizeau là người đầu tiên quyết định xác định chỉ số chính xác thông qua một thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. Ông đã lắp một tấm kính có mặt gương ở khoảng cách 8633 m so với nguồn, nhưng vì khoảng cách nhỏ nên không thể tính toán thời gian chính xác. Sau đó, nhà khoa học đã thiết lập một bánh răng, nó định kỳ che ánh sáng bằng răng. Bằng cách thay đổi tốc độ của bánh xe, Fizeau xác định được ở tốc độ nào thì ánh sáng không có thời gian trượt giữa các răng và quay trở lại. Theo tính toán của ông, tốc độ là 315 nghìn km / giây.
   Kinh nghiệm của Louis Fizeau.

Đo tốc độ ánh sáng

Điều này có thể được thực hiện theo một số cách. Việc phân tích chúng một cách chi tiết là không có giá trị; mỗi thứ sẽ yêu cầu một đánh giá riêng. Do đó, dễ hiểu nhất về các giống:

1. Các phép đo thiên văn. Ở đây, các phương pháp của Roemer và Bradley thường được sử dụng nhất, vì chúng đã chứng minh được hiệu quả của chúng và các đặc tính của không khí, nước và các đặc tính khác của môi trường không ảnh hưởng đến hiệu suất. Trong điều kiện chân không vũ trụ, độ chính xác của phép đo tăng lên.
2. cộng hưởng khoang hoặc hiệu ứng khoang - Đây là tên của hiện tượng sóng từ trường tần số thấp phát sinh giữa bề mặt hành tinh và tầng điện ly. Sử dụng các công thức đặc biệt và dữ liệu từ thiết bị đo, không khó để tính toán giá trị tốc độ của các hạt trong không khí.
3. Giao thoa - một tập hợp các phương pháp nghiên cứu trong đó một số loại sóng được hình thành.Điều này dẫn đến hiệu ứng giao thoa, làm cho nó có thể thực hiện nhiều phép đo cả dao động điện từ và âm thanh.

Với sự trợ giúp của thiết bị đặc biệt, các phép đo có thể được thực hiện mà không cần sử dụng các kỹ thuật đặc biệt.

Tốc độ cực đại có khả thi không?

Dựa trên lý thuyết tương đối, sự dư thừa của chất chỉ thị bởi các hạt vật chất là vi phạm nguyên tắc quan hệ nhân quả. Bởi vì điều này, nó có thể truyền tín hiệu từ tương lai đến quá khứ và ngược lại. Nhưng đồng thời, lý thuyết này không phủ nhận rằng có thể có các hạt chuyển động nhanh hơn, trong khi chúng tương tác với các chất thông thường.

Loại hạt này được gọi là tachyon. Chúng di chuyển càng nhanh thì năng lượng chúng mang theo càng ít.

Video bài học: Thí nghiệm của Fizeau. Phép đo tốc độ ánh sáng. Vật lý lớp 11.

Tốc độ ánh sáng trong chân không là một giá trị không đổi; nhiều hiện tượng trong vật lý dựa trên nó. Định nghĩa của nó đã trở thành một cột mốc mới trong sự phát triển của khoa học, vì nó có thể giải thích nhiều quá trình và đơn giản hóa một số phép tính.