Kas yra šviesos greitis ir kaip jie jį atrado?

Šviesos greitis yra pagrindinė visatos konstanta, o tai reiškia, kad nesvarbu, kur yra stebėtojas ir kokiu greičiu jis keliauja, šviesos greitis išlieka toks pat. Nors tai vadinamas šviesos greičiu, matavimas iš tikrųjų yra bet kokios masės neturinčios dalelės, keliaujančios per vakuumą, greitis. Kaip konstanta, šviesos greitis yra svarbi daugelio mokslinių darbų dalis, ypač fizikams. Todėl nenuostabu, kad mokslininkai šimtmečius sugaišo tiksliai apskaičiuodami, kaip greitai sklinda šviesa.

marta diaz karšta

Kas yra šviesos greitis?

Paprasčiausiai šviesos greitis yra greitis, kuriuo šviesa sklinda per erdvę. Tikslus šviesos greitis yra 299 792,458 kilometrų per sekundę (kps) arba 186282,397 mylių per sekundę (mps). Tai dažnai suapvalinama iki 300 000 kps arba 186 000 mylių per sekundę. Šviesos greitis paprastai žymimas a c lygtyse.

Šviesos greitis senovėje

Kadangi diskutuojant apie kosmines keliones šviesos greitis dažnai iškyla, tai gali atrodyti kaip šiuolaikinis klausimas, tačiau mokslininkai ir filosofai šį klausimą svarsto nuo Senovės Graikijos laikų. Empedoklis manė, kad šviesa iš saulės nukeliauja į žemę šiek tiek laiko, tačiau Aristotelis nesutiko, manydamas, kad šviesa iškeliauja akimirksniu. Kiti ankstyvieji mąstytojai šia tema buvo Euklidas, Ptolemėjas ir Heronas iš Aleksandrijos, kurie teigė, kad šviesos greitis yra begalinis, nes objektai atsiranda iškart, kai žmogaus akys atsidaro.

Galilėjaus darbas

Kitas svarbus žingsnis mokslo žinioje apie šviesos greitį buvo atliktas tada, kai mokslininkai bandė atlikti matavimus. 1629 m. Isaacas Beeckmannas naudojo paraką ir veidrodžius, bandydamas sugalvoti atsakymą, klausdamas stebėtojų apie vėlavimą nuo blyksnio pamatymo iki sprogimo.

„Galileo“ eksperimente dalyvavo žmonės su uždengtais žibintais, stovinčiais žinomu atstumu vienas nuo kito ir atidengdami savo žibintus. Jis negalėjo išmatuoti jokio laiko delsos, bet padarė išvadą, kad šviesa yra bent dešimt kartų greitesnė už garsą.

Jupiterio mėnuliai

Kiti eksperimentai buvo atlikti 1676 m. ir matavo šviesą, sklindančią iš kosmoso, o ne iš Žemės. Astronomas Ole Romeris tyrinėjo Io mėnulį, kurį reguliariai užtemdo Jupiteris. Romeris nustatė, kad užtemimai dažnai buvo vėliau, nei tikėtasi, ir galiausiai teisingai numatė, kad užtemimas vėluos 10 minučių. Užtemimai atsiliko labiausiai, kai planetų orbitos nutoldavo didžiausią atstumą viena nuo kitos, nes šviesa turėjo nukeliauti toliau.

Ankstyvieji šviesos greičio matavimai

Bet kokio greičio matavimas priklauso nuo atstumo tarp dviejų taškų žinojimo, o Romerio laikais mokslininkai vis dar aiškino atstumą tarp Žemės ir saulės. Tai lemia, kad laikas, per kurį šviesa nukeliauja iš saulės į Žemę, yra nuo 7 iki 22 minučių.

Romeris galiausiai sugalvojo 125 000 mylių per sekundę skaičių. Fizikas Jamesas Bradley savo skaičiavimams panaudojo žvaigždžių padėties pasikeitimą ir gavo 185 000 mylių per sekundę skaičių, tik 1 procentu nuo teisingo skaičiaus.

kaip atgrasyti burundukus nuo sodo

Fizeau ir Foucault

Iki 1800-ųjų vidurio skaičiai buvo pagrįsti planetų pokyčių stebėjimais. Prancūzų konkurentai Fizeau ir Foucault sugalvojo panašius eksperimentus, kad tiesiogiai išmatuotų šviesos greitį. Jų sukurtose mašinose buvo naudojami veidrodžiai, atspindintys šviesą ant besisukančio aparato, o mokslininkai išmatavo sukimosi dydį prieš šviesai atsimušant atgal, kad nustatytų šviesos greitį. Tai suteikė jiems skaičių, labai artimą šiuolaikiniam įvertinimui.

Michelsonas ir Luminiferous Aether

Iki 1870-ųjų mokslininkai manė, kad terpė, vadinama šviečiančiu eteriu, perkelia šviesą visoje visatoje. Bandydamas aptikti šviečiantį eterį, fizikos dėstytojas Albertas Michelsonas atkūrė Foucault eksperimentą, tačiau atstumas buvo 610 metrų, o ne 18 metrų. Tai padidino eksperimento tikslumą ir Michelsono figūra buvo standartas 40 metų. Tačiau tai taip pat įrodė, kad eteris neegzistuoja, ir Michelsonas tapo vieninteliu žmogumi, gavusiu Nobelio premiją už labai tikslų neatradimą.

Einšteino darbas

Albertas Einšteinas atliko keletą svarbiausių darbų, susijusių su šviesos greičiu. Remdamasis teiginiu, kad šviesa yra elektromagnetinė banga, Einšteinas parodė, kad šviesos greitis yra pastovus ir sklinda tuo pačiu greičiu, nesvarbu, kaip greitai juda stebėtojas. Tai žinoma kaip specialiosios reliatyvumo teorija. Einšteinas suteikė mokslo pasauliui vertę c , kuri dabar yra pagrindinė konstanta.

mažas nuluptas varžtas

Kodėl šviesos greitis yra svarbus?

Žinodami apie šviesos greičio matavimus, mokslininkai gali atlikti skaičiavimus ir kurti teorijas apie visatą, o tai prisideda prie tolimesnės mokslo pažangos ir suteikia pasauliui naujų idėjų ir technologijų. Šis skaičius yra esminis fizikos studijose ir taip pat naudojamas kitose srityse, įskaitant astronomiją, kompiuterių technologijas ir optinio pluošto technologijas.

Klausimai ateičiai

Šviesos greitis iš esmės yra visatos greičio riba. Einšteino teorija parodė, kad bet koks objektas, turintis masę, negali skristi greičiau nei šviesos greitis, nes tam reikės begalinio energijos kiekio. Tačiau mokslininkai visada siekia užkariauti naujas sienas, net jei tai reikštų fizikos dėsnių pažeidimą. Keliaujant greičiau nei šviesos greitis, prisimenamos kelionės laiku ir tarpgalaktinės kelionės. Nors tai vis dar yra mokslinės fantastikos sfera, mokslas siūlo begalines galimybes.