Palmistry 

Ano ang bilis ng liwanag. Derivation ng formula para sa bilis ng liwanag. Mga kahulugan at konsepto

Ang bilis ng liwanag ay ang distansya na dinadala ng liwanag sa bawat yunit ng oras. Ang halaga na ito ay nakasalalay sa sangkap kung saan ang liwanag ay nagpapalaganap.

Sa isang vacuum, ang bilis ng liwanag ay 299,792,458 m/s. Ito ang pinakamataas na bilis na maaaring makamit. Kapag nilulutas ang mga problema na hindi nangangailangan ng espesyal na katumpakan, ang halagang ito ay kinukuha na katumbas ng 300,000,000 m/s. Ipinapalagay na ang lahat ng uri ng electromagnetic radiation ay nagpapalaganap sa isang vacuum sa bilis ng liwanag: mga radio wave, infrared radiation, nakikitang ilaw, ultraviolet radiation, x-ray, gamma radiation. Ito ay itinalaga ng isang liham Sa .

Paano natukoy ang bilis ng liwanag?

Noong sinaunang panahon, naniniwala ang mga siyentipiko na ang bilis ng liwanag ay walang hanggan. Nang maglaon, nagsimula ang mga talakayan sa isyung ito sa mga siyentipiko. Sina Kepler, Descartes at Fermat ay sumang-ayon sa opinyon ng mga sinaunang siyentipiko. At naniniwala sina Galileo at Hooke na, kahit na ang bilis ng liwanag ay napakataas, mayroon pa rin itong hangganan na halaga.

Galileo Galilei

Ang isa sa mga unang sumubok na sukatin ang bilis ng liwanag ay ang Italyanong siyentipiko na si Galileo Galilei. Sa panahon ng eksperimento, siya at ang kanyang katulong ay nasa magkaibang burol. Binuksan ni Galileo ang shutter sa kanyang parol. Sa sandaling nakita ng katulong ang liwanag na ito, kailangan niyang gawin ang parehong mga aksyon sa kanyang parol. Ang tagal ng paglakbay ng ilaw mula Galileo patungo sa katulong at pabalik ay naging napakaikli kaya napagtanto ni Galileo na ang bilis ng liwanag ay napakataas, at imposibleng masukat ito sa ganoong kalayuan, dahil ang liwanag ay naglalakbay halos agad-agad. At ang oras na naitala niya ay nagpapakita lamang ng bilis ng reaksyon ng isang tao.

Ang bilis ng liwanag ay unang natukoy noong 1676 ng Danish na astronomer na si Olaf Roemer gamit ang mga astronomical na distansya. Gamit ang isang teleskopyo upang pagmasdan ang eclipse ng buwan ng Jupiter na si Io, natuklasan niya na habang lumalayo ang Earth mula sa Jupiter, ang bawat kasunod na eclipse ay nangyayari nang mas huli kaysa sa nakalkula. Ang maximum na pagkaantala, kapag ang Earth ay lumipat sa kabilang panig ng Araw at lumayo mula sa Jupiter sa layo na katumbas ng diameter ng orbit ng Earth, ay 22 oras. Kahit na ang eksaktong diameter ng Earth ay hindi alam sa oras na iyon, hinati ng siyentipiko ang tinatayang halaga nito sa pamamagitan ng 22 oras at nakakuha ng halaga na humigit-kumulang 220,000 km/s.

Olaf Roemer

Ang resulta na nakuha ni Roemer ay nagdulot ng kawalan ng tiwala sa mga siyentipiko. Ngunit noong 1849, sinukat ng French physicist na si Armand Hippolyte Louis Fizeau ang bilis ng liwanag gamit ang rotating shutter method. Sa kanyang eksperimento, ang liwanag mula sa isang pinagmulan ay dumaan sa pagitan ng mga ngipin ng isang umiikot na gulong at itinuro sa isang salamin. Pagmuni-muni mula sa kanya, bumalik siya pabalik. Tumaas ang bilis ng pag-ikot ng gulong. Nang umabot ito sa isang tiyak na halaga, ang sinag na sumasalamin mula sa salamin ay naantala ng isang gumagalaw na ngipin, at ang nagmamasid ay walang nakita sa sandaling iyon.

Ang karanasan ni Fizeau

Kinakalkula ni Fizeau ang bilis ng liwanag bilang mga sumusunod. Ang liwanag ay papunta sa kanyang paraan L mula sa gulong hanggang sa salamin sa isang oras na katumbas ng t 1 = 2L/c . Ang oras na kailangan para umikot ang gulong sa ½ slot ay t 2 = T/2N , Saan T - panahon ng pag-ikot ng gulong, N - bilang ng mga ngipin. Dalas ng pag-ikot v = 1/T . Ang sandali kapag ang nagmamasid ay hindi nakakakita ng liwanag ay nangyayari kapag t 1 = t 2 . Mula dito nakuha namin ang formula para sa pagtukoy ng bilis ng liwanag:

c = 4LNv

Nang magsagawa ng mga kalkulasyon gamit ang formula na ito, natukoy iyon ng Fizeau Sa = 313,000,000 m/s. Ang resultang ito ay naging mas tumpak.

Armand Hippolyte Louis Fizeau

Noong 1838, iminungkahi ng French physicist at astronomer na si Dominique François Jean Arago ang paggamit ng rotating mirror method upang kalkulahin ang bilis ng liwanag. Ang ideyang ito ay isinabuhay ng French physicist, mekaniko at astronomer na si Jean Bernard Leon Foucault, na noong 1862 ay nakakuha ng halaga ng bilis ng liwanag (298,000,000±500,000) m/s.

Dominique Francois Jean Arago

Noong 1891, ang resulta ng American astronomer na si Simon Newcomb ay naging isang order ng magnitude na mas tumpak kaysa sa resulta ni Foucault. Bilang resulta ng kanyang mga kalkulasyon Sa = (99,810,000±50,000) m/s.

Ang pananaliksik ng American physicist na si Albert Abraham Michelson, na gumamit ng setup na may umiikot na octagonal mirror, ay naging posible upang matukoy ang bilis ng liwanag nang mas tumpak. Noong 1926, sinukat ng siyentista ang oras na kinailangan ng liwanag upang maglakbay ng distansya sa pagitan ng mga tuktok ng dalawang bundok, katumbas ng 35.4 km, at nakuha Sa = (299,796,000±4,000) m/s.

Ang pinakatumpak na pagsukat ay isinagawa noong 1975. Sa parehong taon, ang General Conference on Weights and Measures ay nagrekomenda na ang bilis ng liwanag ay ituring na katumbas ng 299,792,458 ± 1.2 m/s.

Ano ang nakasalalay sa bilis ng liwanag?

Ang bilis ng liwanag sa isang vacuum ay hindi nakadepende sa alinman sa frame of reference o posisyon ng nagmamasid. Ito ay nananatiling pare-pareho, katumbas ng 299,792,458 ± 1.2 m/s. Ngunit sa iba't ibang transparent na media ang bilis na ito ay magiging mas mababa kaysa sa bilis nito sa vacuum. Ang anumang transparent na daluyan ay may optical density. At kung mas mataas ito, mas mabagal ang bilis ng liwanag na kumakalat dito. Halimbawa, ang bilis ng liwanag sa hangin ay mas mataas kaysa sa bilis nito sa tubig, at sa purong optical glass mas mababa ito kaysa sa tubig.

Kung ang ilaw ay gumagalaw mula sa isang hindi gaanong siksik na daluyan patungo sa isang mas siksik, ang bilis nito ay bumababa. At kung ang paglipat ay nangyayari mula sa isang mas siksik na daluyan hanggang sa isang hindi gaanong siksik, kung gayon ang bilis, sa kabaligtaran, ay tumataas. Ipinapaliwanag nito kung bakit ang light beam ay nalihis sa hangganan ng paglipat sa pagitan ng dalawang media.

Malaki ang pagkakaiba ng bilis ng liwanag sa iba't ibang media. Ang kahirapan ay hindi ito nakikita ng mata ng tao sa buong hanay ng parang multo. Ang likas na katangian ng pinagmulan ng mga light ray ay interesado sa mga siyentipiko mula noong sinaunang panahon. Ang mga unang pagtatangka upang kalkulahin ang bilis ng liwanag ay ginawa noong 300 BC. Sa oras na iyon, natukoy ng mga siyentipiko na ang alon ay lumaganap sa isang tuwid na linya.

Mabilis na pagtugon

Nagawa nilang ilarawan gamit ang mga mathematical formula ang mga katangian ng liwanag at ang tilapon ng paggalaw nito. naging kilala 2 libong taon pagkatapos ng unang pananaliksik.

Ano ang luminous flux?

Ang isang light beam ay isang electromagnetic wave na pinagsama sa mga photon. Ang mga photon ay nauunawaan bilang ang pinakasimpleng elemento, na tinatawag ding quanta ng electromagnetic radiation. Ang maliwanag na pagkilos ng bagay sa lahat ng spectra ay hindi nakikita. Hindi ito gumagalaw sa espasyo sa tradisyonal na kahulugan ng salita. Upang ilarawan ang estado ng isang electromagnetic wave na may mga quantum particle, ipinakilala ang konsepto ng refractive index ng isang optical medium.

Ang liwanag na pagkilos ng bagay ay inililipat sa espasyo sa anyo ng isang sinag na may maliit na seksyon ng krus. Ang paraan ng paggalaw sa espasyo ay hinango sa pamamagitan ng mga geometric na pamamaraan. Ito ay isang rectilinear beam, na, sa hangganan ng iba't ibang media, ay nagsisimulang mag-refract, na bumubuo ng isang curvilinear trajectory. Napatunayan ng mga siyentipiko na ang maximum na bilis ay nilikha sa isang vacuum sa ibang mga kapaligiran, ang bilis ng paggalaw ay maaaring mag-iba nang malaki. Ang mga siyentipiko ay nakabuo ng isang sistema kung saan ang isang light beam at isang derived value ay ang batayan para sa derivation at pagbabasa ng ilang mga unit ng SI.

Ilang makasaysayang katotohanan

Mga 900 taon na ang nakalilipas, iminungkahi ni Avicena na, anuman ang nominal na halaga, ang bilis ng liwanag ay may hangganan na halaga. Sinubukan ni Galileo Galilei na eksperimento na kalkulahin ang bilis ng liwanag. Gamit ang dalawang flashlight, sinubukan ng mga eksperimento na sukatin ang oras kung kailan ang isang sinag ng liwanag mula sa isang bagay ay makikita ng isa pa. Ngunit ang gayong eksperimento ay naging hindi matagumpay. Ang bilis ay napakataas na hindi nila natukoy ang oras ng pagkaantala.

Napansin ni Galileo Galilei na ang Jupiter ay may pagitan sa pagitan ng mga eklipse ng apat na satellite nito na 1320 segundo. Batay sa mga pagtuklas na ito, noong 1676, kinakalkula ng Danish na astronomo na si Ole Roemer ang bilis ng pagpapalaganap ng isang light beam bilang 222 thousand km/sec. Noong panahong iyon, ang pagsukat na ito ang pinakatumpak, ngunit hindi ito ma-verify ng mga pamantayan sa mundo.

Pagkaraan ng 200 taon, nagawang kalkulahin ni Louise Fizeau ang bilis ng isang light beam sa eksperimentong paraan. Gumawa siya ng isang espesyal na pag-install na may salamin at mekanismo ng gear na umiikot sa mataas na bilis. Ang light flux ay naaninag mula sa salamin at bumalik pagkatapos ng 8 km. Habang tumataas ang bilis ng gulong, isang sandali ang lumitaw nang ang mekanismo ng gear ay humarang sa sinag. Kaya, ang bilis ng sinag ay itinakda sa 312 libong kilometro bawat segundo.

Pinahusay ni Foucault ang kagamitang ito, na binabawasan ang mga parameter sa pamamagitan ng pagpapalit ng mekanismo ng gear sa isang patag na salamin. Ang kanyang katumpakan sa pagsukat ay naging pinakamalapit sa modernong pamantayan at umabot sa 288 libong metro bawat segundo. Sinubukan ni Foucault na kalkulahin ang bilis ng liwanag sa isang dayuhang daluyan, gamit ang tubig bilang batayan. Nagawa ng physicist na ang halagang ito ay hindi pare-pareho at nakasalalay sa mga katangian ng repraksyon sa isang naibigay na daluyan.

Ang vacuum ay isang puwang na walang materya. Ang bilis ng liwanag sa vacuum sa C system ay itinalaga ng Latin na letrang C. Ito ay hindi matamo. Walang item ang maaaring ma-overclock sa ganoong halaga. Maiisip lamang ng mga physicist kung ano ang maaaring mangyari sa mga bagay kung bumibilis sila sa ganoong lawak. Ang bilis ng pagpapalaganap ng isang light beam ay may pare-parehong mga katangian, ito ay:

  • pare-pareho at pangwakas;
  • hindi matamo at hindi mababago.

Ang pag-alam sa pare-parehong ito ay nagpapahintulot sa amin na kalkulahin ang pinakamataas na bilis kung saan maaaring lumipat ang mga bagay sa kalawakan. Ang dami ng pagpapalaganap ng isang light beam ay kinikilala bilang isang pangunahing pare-pareho. Ito ay ginagamit upang makilala ang space-time. Ito ang maximum na pinahihintulutang halaga para sa paglipat ng mga particle. Ano ang bilis ng liwanag sa isang vacuum? Ang kasalukuyang halaga ay nakuha sa pamamagitan ng mga pagsukat sa laboratoryo at mga kalkulasyon sa matematika. Siya katumbas ng 299.792.458 metro bawat segundo na may katumpakan na ± 1.2 m/s. Sa maraming mga disiplina, kabilang ang mga paaralan, ang tinatayang mga kalkulasyon ay ginagamit upang malutas ang mga problema. Ang isang tagapagpahiwatig na katumbas ng 3,108 m/s ay kinuha.

Ang mga light wave sa nakikitang spectrum ng tao at mga X-ray wave ay maaaring mapabilis sa mga pagbasa na papalapit sa bilis ng liwanag. Hindi nila maaaring pantayan ang pare-parehong ito, o lalampas sa halaga nito. Ang pare-pareho ay nakuha batay sa pagsubaybay sa pag-uugali ng mga cosmic ray sa sandali ng kanilang pagbilis sa mga espesyal na accelerator. Depende ito sa inertial medium kung saan ang beam ay nagpapalaganap. Sa tubig, ang paghahatid ng liwanag ay 25% na mas mababa, at sa hangin ito ay depende sa temperatura at presyon sa oras ng mga kalkulasyon.

Ang lahat ng mga kalkulasyon ay isinagawa gamit ang teorya ng relativity at ang batas ng causality na hinango ni Einstein. Naniniwala ang physicist na kung ang mga bagay ay umabot sa bilis na 1,079,252,848.8 kilometro bawat oras at lalampas dito, kung gayon ang mga hindi maibabalik na pagbabago ay magaganap sa istruktura ng ating mundo at ang sistema ay masisira. Ang oras ay magsisimulang magbilang, na nakakagambala sa pagkakasunud-sunod ng mga kaganapan.

Ang kahulugan ng metro ay nagmula sa bilis ng isang light ray. Ito ay nauunawaan bilang ang lugar kung saan ang isang light beam ay namamahala sa paglalakbay sa loob ng 1/299792458 ng isang segundo. Ang konseptong ito ay hindi dapat malito sa pamantayan. Ang pamantayan ng metro ay isang espesyal na teknikal na device na nakabatay sa cadmium na may shading na nagbibigay-daan sa iyong pisikal na makita ang isang partikular na distansya.

Ang liwanag ay palaging sinasakop ang isang mahalagang lugar sa kaligtasan ng mga tao at ang kanilang paglikha ng maunlad na sibilisasyon na nakikita natin ngayon. Sa buong kasaysayan ng pag-unlad ng tao, ang bilis ng liwanag ay nagpasigla sa isipan ng mga unang pilosopo at naturalista, at pagkatapos ay mga siyentipiko at pisiko. Ito ang pangunahing pare-pareho ng pagkakaroon ng ating Uniberso.

Maraming mga siyentipiko sa iba't ibang panahon ang naghangad na malaman kung ano ang pagpapalaganap ng liwanag sa iba't ibang media. Ang pinakamalaking kahalagahan para sa agham ay ang pagkalkula ng halaga na mayroon ang bilis ng liwanag sa isang vacuum. Tutulungan ka ng artikulong ito na maunawaan ang isyung ito at matuto ng maraming kawili-wiling bagay tungkol sa kung paano kumikilos ang liwanag sa isang vacuum.

Liwanag at ang tanong ng bilis

Ang liwanag ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa modernong pisika, dahil, tulad ng nangyari, imposibleng mapagtagumpayan ang halaga ng bilis nito sa yugtong ito ng pag-unlad ng ating sibilisasyon. Kinailangan ng maraming taon upang masukat ang bilis ng liwanag. Bago ito, ang mga siyentipiko ay nagsagawa ng maraming pananaliksik, sinusubukang sagutin ang pinakamahalagang tanong: "Ano ang bilis ng pagpapalaganap ng liwanag sa isang vacuum?"
Sa oras na ito, napatunayan ng mga siyentipiko na ang bilis ng pagpapalaganap ng liwanag (SLP) ay may mga sumusunod na katangian:

  • ito ay pare-pareho;
  • ito ay hindi mababago;
  • siya ay hindi maabot;
  • ito ay may hangganan.

Tandaan! Ang bilis ng liwanag sa kasalukuyang sandali sa pag-unlad ng agham ay isang ganap na hindi matamo na halaga. Ang mga physicist ay mayroon lamang ilang mga pagpapalagay tungkol sa kung ano ang nangyayari sa isang bagay na hypothetically umabot sa bilis ng pagpapalaganap ng isang light flux sa isang vacuum.

Banayad na bilis

Bakit napakahalaga kung gaano kabilis naglalakbay ang liwanag sa isang vacuum? Simple lang ang sagot. Pagkatapos ng lahat, ang vacuum ay nasa kalawakan. Samakatuwid, nang malaman kung anong digital indicator ang bilis ng liwanag sa isang vacuum, mauunawaan natin kung anong maximum na posibleng bilis ang maaari nating ilipat sa mga expanses ng solar system at higit pa.
Ang mga elementarya na particle na nagdadala ng liwanag sa ating Uniberso ay mga photon. At ang bilis kung saan gumagalaw ang liwanag sa isang vacuum ay itinuturing na isang ganap na halaga.

Tandaan! Ang SRS ay tumutukoy sa bilis ng paggalaw ng mga electromagnetic wave. Ito ay kagiliw-giliw na ang liwanag ay sabay-sabay na nagpapakita ng sarili bilang elementarya na mga particle (photon) at isang alon. Ito ay sumusunod mula sa teorya ng particle-wave. Ayon dito, sa ilang mga sitwasyon ang liwanag ay kumikilos tulad ng isang butil, at sa iba naman ay kumikilos ito tulad ng isang alon.

Sa puntong ito ng oras, ang pagpapalaganap ng liwanag sa espasyo (vacuum) ay itinuturing na isang pangunahing pare-pareho, na hindi nakasalalay sa pagpili ng inertial reference frame na ginamit. Ang halagang ito ay tumutukoy sa mga pisikal na pangunahing constant. Sa kasong ito, ang halaga ng SRS sa pangkalahatan ay nagpapakilala sa mga pangunahing katangian ng geometry ng space-time.
Ang mga modernong konsepto ay nagpapakilala sa SPC bilang isang pare-pareho, na kung saan ay ang pinakamataas na pinahihintulutang halaga para sa paggalaw ng mga particle, pati na rin ang pagpapalaganap ng kanilang pakikipag-ugnayan. Sa pisika, ang dami na ito ay tinutukoy ng Latin na titik na "c".

Kasaysayan ng pag-aaral ng isyu

Noong sinaunang panahon, nakakagulat, kahit na ang mga sinaunang palaisip ay nagtaka tungkol sa pamamahagi ng liwanag sa ating uniberso. Pagkatapos ay pinaniniwalaan na ito ay isang walang katapusang halaga. Ang unang pagtatantya ng pisikal na kababalaghan ng bilis ng liwanag ay ibinigay lamang ni Olaf Roemer noong 1676. Ayon sa kanyang mga kalkulasyon, ang pagpapalaganap ng liwanag ay humigit-kumulang 220 libong km/s.

Tandaan! Nagbigay si Olaf Roemer ng tinatayang halaga, ngunit, nang lumaon, hindi masyadong malayo sa tunay.

Ang tamang halaga para sa bilis kung saan naglalakbay ang liwanag sa isang vacuum ay natukoy lamang kalahating siglo pagkatapos ng Olaf Roemer. Nagawa ito ng French physicist na si A.I.L. Fizeau, nagsasagawa ng isang espesyal na eksperimento.

Eksperimento ni Fizeau

Nagawa niyang sukatin ang pisikal na kababalaghan na ito sa pamamagitan ng pagsukat sa oras na kinailangan ng isang sinag upang maglakbay sa isang tiyak at tiyak na sukat na lugar.
Ang karanasan ay ganito ang hitsura:

  • ang pinagmulan S ay nagpalabas ng isang maliwanag na pagkilos ng bagay;
  • ito ay naaninag mula sa salamin (3);
  • pagkatapos nito, ang daloy ng ilaw ay nagambala gamit ang isang may ngipin na disk (2);
  • pagkatapos ay dumaan ito sa base, ang distansya kung saan ay 8 km;
  • pagkatapos nito, ang liwanag na pagkilos ng bagay ay naaninag ng salamin (1) at bumalik sa disk.

Sa panahon ng eksperimento, ang liwanag na pagkilos ng bagay ay nahulog sa mga puwang sa pagitan ng mga ngipin ng disk, at maaari itong maobserbahan sa pamamagitan ng eyepiece (4). Tinukoy ni Fizeau ang oras ng pagpasa ng beam sa pamamagitan ng bilis ng pag-ikot ng disk. Bilang resulta ng eksperimentong ito, nakuha niya ang halaga c = 313300 km/s.
Ngunit hindi ito ang katapusan ng pananaliksik na nakatuon sa isyung ito. Ang huling formula para sa pagkalkula ng pisikal na pare-pareho ay lumitaw salamat sa maraming mga siyentipiko, kabilang si Albert Einstein.

Einstein at vacuum: panghuling resulta ng pagkalkula

Ngayon, alam ng bawat tao sa Earth na ang maximum na pinahihintulutang halaga para sa paggalaw ng mga materyal na bagay, pati na rin ang anumang mga signal, ay itinuturing na bilis ng liwanag sa isang vacuum. Ang eksaktong halaga ng tagapagpahiwatig na ito ay halos 300 libong km / s. Upang maging tumpak, ang bilis ng liwanag sa isang vacuum ay 299,792,458 m/s.
Ang teorya na imposibleng lumampas sa halagang ito ay iniharap ng sikat na physicist ng nakaraan, si Albert Einstein, sa kanyang espesyal na teorya ng relativity o SRT.

Tandaan! Ang teorya ng relativity ni Einstein ay itinuturing na hindi natitinag hanggang sa lumitaw ang tunay na ebidensya na posible ang paghahatid ng signal sa mga bilis na lumampas sa SPC sa isang vacuum.

Ang teorya ng relativity ni Einstein

Ngunit ngayon, ang ilang mga mananaliksik ay nakatuklas ng mga phenomena na maaaring magsilbi bilang isang paunang kinakailangan para sa katotohanan na ang Einstein's SRT ay maaaring mabago. Sa ilalim ng ilang partikular na tinukoy na mga kondisyon, posible na subaybayan ang paglitaw ng mga superluminal na bilis. Ang kagiliw-giliw na bagay ay na sa kasong ito ang teorya ng relativity ay hindi nilalabag.

Bakit hindi ka makagalaw nang mas mabilis kaysa sa liwanag

Ngayon ay may ilang mga pitfalls sa isyung ito. Halimbawa, bakit hindi madaig ang pare-parehong CPC sa ilalim ng normal na mga kondisyon? Ayon sa tinanggap na teorya, sa sitwasyong ito ang pangunahing prinsipyo ng istraktura ng ating mundo, lalo na ang batas ng pananahilan, ay lalabagin. Siya argues na ang isang epekto, sa pamamagitan ng kahulugan, ay hindi kaya na mauna sa dahilan nito. Sa makasagisag na pagsasalita, hindi maaaring unang mahulog ang oso, at saka lamang maririnig ang putok ng mangangaso na bumaril sa kanya. Ngunit kung lumampas ang SRS, dapat magsimulang mangyari ang mga kaganapan sa reverse order. Bilang isang resulta, ang oras ay magsisimulang tumakbo pabalik.

Kaya ano ang bilis ng pagpapalaganap ng isang light beam?

Pagkatapos ng maraming pag-aaral na isinagawa upang matukoy ang eksaktong halaga ng kung ano ang CPC, nakuha ang mga partikular na numero. Ngayon c = 1,079,252,848.8 kilometro/oras o 299,792,458 m/s. at sa mga yunit ng Planck ang parameter na ito ay tinukoy bilang pagkakaisa. Nangangahulugan ito na ang liwanag na enerhiya ay naglalakbay ng 1 Planck unit ng haba sa 1 unit ng Planck time.

Tandaan! Ang mga bilang na ito ay may bisa lamang para sa mga kundisyon na umiiral sa isang vacuum.

Formula para sa halaga ng isang pare-pareho

Ngunit sa pisika, para sa isang mas simpleng paraan upang malutas ang mga problema, ginagamit ang isang bilugan na halaga - 300,000,000 m/s.
Ang panuntunang ito sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay nalalapat sa lahat ng mga bagay, pati na rin ang mga X-ray, gravitational at light wave sa spectrum na nakikita natin. Bilang karagdagan, napatunayan ng mga siyentipiko na ang mga particle na may masa ay maaaring lumapit sa bilis ng isang light beam. Ngunit hindi nila ito maabot o lampasan.

Tandaan! Ang pinakamataas na bilis, malapit sa liwanag, ay nakuha sa pamamagitan ng pag-aaral ng mga cosmic ray na pinabilis sa mga espesyal na accelerator.

Kapansin-pansin na ang pisikal na pare-pareho ay nakasalalay sa daluyan kung saan ito sinusukat, lalo na ang refractive index. Samakatuwid, ang aktwal na tagapagpahiwatig nito ay maaaring mag-iba depende sa mga frequency.

Paano makalkula ang halaga ng isang pangunahing pare-pareho

Sa ngayon, may iba't ibang paraan para sa pagtukoy ng CPC. Maaari itong maging:

  • astronomical na pamamaraan;
  • pinahusay na paraan ng Fizeau. Dito ang gear wheel ay pinalitan ng isang modernong modulator.

Tandaan! Napatunayan ng mga siyentipiko na ang mga tagapagpahiwatig ng SRS sa hangin at sa vacuum ay halos pareho. At ito ay mas mababa kaysa sa tubig sa pamamagitan ng tungkol sa 25%.

Upang kalkulahin ang dami ng pagpapalaganap ng light beam, gamitin ang sumusunod na formula.

Formula para sa pagkalkula ng bilis ng liwanag

Ang formula na ito ay angkop para sa mga kalkulasyon sa isang vacuum.

Konklusyon

Ang liwanag sa ating mundo ay napakahalaga at ang sandali kung kailan mapatunayan ng mga siyentipiko ang posibilidad ng pagkakaroon ng superluminal na bilis ay maaaring ganap na baguhin ang ating pamilyar na mundo. Kung ano ang magiging kahulugan ng pagtuklas na ito para sa mga tao ay mahirap pa ngang tantiyahin. Ngunit tiyak, ito ay magiging isang hindi kapani-paniwalang tagumpay!

Paano pumili at mag-install ng mga sensor ng volume para sa awtomatikong kontrol ng liwanag
Homemade adjustable transistor power supply: pagpupulong, praktikal na aplikasyon

Talaga paano? Paano sukatin ang pinakamataas na bilis sa Sansinukob sa ating katamtaman, makalupang kalagayan? Hindi na natin kailangang pag-isipan ang tungkol dito - pagkatapos ng lahat, sa loob ng ilang siglo, napakaraming tao ang nagtrabaho sa isyung ito, na bumubuo ng mga pamamaraan para sa pagsukat ng bilis ng liwanag. Simulan natin ang kwento sa pagkakasunud-sunod.

Bilis ng liwanag– bilis ng pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave sa vacuum. Ito ay tinutukoy ng letrang Latin c. Ang bilis ng liwanag ay humigit-kumulang 300,000,000 m/s.

Sa una, walang nag-isip tungkol sa isyu ng pagsukat ng bilis ng liwanag. May liwanag - maganda iyon. Pagkatapos, sa panahon ng unang panahon, ang umiiral na opinyon sa mga siyentipikong pilosopo ay ang bilis ng liwanag ay walang hanggan, iyon ay, madalian. Tapos nangyari Middle Ages sa Inquisition, nang ang pangunahing tanong ng pag-iisip at mga progresibong tao ay "Paano maiiwasang mahuli sa apoy?" At sa mga kapanahunan lamang Renaissance At Enlightenment Ang mga opinyon ng mga siyentipiko ay dumami at, siyempre, ay nahahati.


Kaya, Descartes, Kepler At sakahan ay pareho ang opinyon ng mga siyentipiko noong unang panahon. Ngunit naniniwala siya na ang bilis ng liwanag ay may hangganan, bagaman napakataas. Sa katunayan, ginawa niya ang unang pagsukat ng bilis ng liwanag. Mas tiyak, ginawa niya ang unang pagtatangka upang sukatin ito.

eksperimento ni Galileo

karanasan Galileo Galilei ay napakatalino sa pagiging simple nito. Ang siyentipiko ay nagsagawa ng isang eksperimento upang sukatin ang bilis ng liwanag, armado ng mga simpleng improvised na paraan. Sa isang malaki at kilalang distansya sa isa't isa, sa iba't ibang burol, nakatayo si Galileo at ang kanyang katulong na may mga nakasinding parol. Binuksan ng isa sa kanila ang shutter sa parol, at ang pangalawa ay kailangang gawin din ito nang makita niya ang liwanag ng unang parol. Alam ang distansya at oras (ang pagkaantala bago buksan ng katulong ang parol), inaasahan ni Galileo na kalkulahin ang bilis ng liwanag. Sa kasamaang palad, para magtagumpay ang eksperimentong ito, si Galileo at ang kanyang katulong ay kailangang pumili ng mga burol na ilang milyong kilometro ang layo. Nais kong ipaalala sa iyo na magagawa mo sa pamamagitan ng pagsagot sa isang aplikasyon sa website.


Mga eksperimento nina Roemer at Bradley

Ang unang matagumpay at nakakagulat na tumpak na eksperimento sa pagtukoy ng bilis ng liwanag ay ang sa isang Danish na astronomer Olaf Roemer. Ginamit ni Roemer ang astronomical na paraan ng pagsukat ng bilis ng liwanag. Noong 1676, napagmasdan niya ang satellite ni Jupiter na Io sa pamamagitan ng isang teleskopyo, at natuklasan na ang oras ng eclipse ng satellite ay nagbabago habang ang Earth ay lumalayo sa Jupiter. Ang maximum na oras ng pagkaantala ay 22 minuto. Kinakalkula na ang Earth ay lumalayo mula sa Jupiter sa layo ng diameter ng orbit ng Earth, hinati ni Roemer ang tinatayang halaga ng diameter sa oras ng pagkaantala, at nakatanggap ng halaga na 214,000 kilometro bawat segundo. Siyempre, ang gayong pagkalkula ay napakahirap, ang mga distansya sa pagitan ng mga planeta ay kilala lamang ng humigit-kumulang, ngunit ang resulta ay naging medyo malapit sa katotohanan.


Ang karanasan ni Bradley. Noong 1728 James Bradley tinatantya ang bilis ng liwanag sa pamamagitan ng pagmamasid sa aberasyon ng mga bituin. Abberation ay isang pagbabago sa nakikitang posisyon ng isang bituin na sanhi ng paggalaw ng mundo sa orbit nito. Alam ang bilis ng Earth at pagsukat ng aberration angle, nakakuha si Bradley ng halaga na 301,000 kilometro bawat segundo.

Ang karanasan ni Fizeau

Ang siyentipikong mundo noong panahong iyon ay tumugon nang may kawalan ng tiwala sa resulta ng eksperimento nina Roemer at Bradley. Gayunpaman, ang resulta ni Bradley ay ang pinakatumpak sa loob ng mahigit isang daang taon, hanggang 1849. Noong taong iyon, isang Pranses na siyentipiko Armand Fizeau sinusukat ang bilis ng liwanag gamit ang rotating shutter method, nang hindi nagmamasid sa mga celestial body, ngunit dito sa Earth. Sa katunayan, ito ang unang paraan ng laboratoryo para sa pagsukat ng bilis ng liwanag mula noong Galileo. Nasa ibaba ang isang diagram ng setup ng laboratoryo nito.


Ang liwanag, na naaninag mula sa salamin, ay dumaan sa mga ngipin ng gulong at naaninag mula sa isa pang salamin, 8.6 kilometro ang layo. Ang bilis ng gulong ay nadagdagan hanggang sa makita ang liwanag sa susunod na puwang. Ang mga kalkulasyon ni Fizeau ay nagbigay ng resulta na 313,000 kilometro bawat segundo. Pagkalipas ng isang taon, ang isang katulad na eksperimento na may umiikot na salamin ay isinagawa ni Leon Foucault, na nakakuha ng resulta ng 298,000 kilometro bawat segundo.

Sa pagdating ng mga maser at laser, ang mga tao ay may mga bagong pagkakataon at paraan upang masukat ang bilis ng liwanag, at ang pag-unlad ng teorya ay naging posible upang makalkula ang bilis ng liwanag nang hindi direkta, nang hindi gumagawa ng mga direktang sukat.


Ang pinakatumpak na halaga ng bilis ng liwanag

Ang sangkatauhan ay nakaipon ng malawak na karanasan sa pagsukat ng bilis ng liwanag. Ngayon, ang pinakatumpak na halaga para sa bilis ng liwanag ay itinuturing na 299,792,458 metro bawat segundo, natanggap noong 1983. Ito ay kagiliw-giliw na higit pa, ang mas tumpak na pagsukat ng bilis ng liwanag ay naging imposible dahil sa mga pagkakamali sa pagsukat. metro. Sa kasalukuyan, ang halaga ng isang metro ay nakatali sa bilis ng liwanag at katumbas ng distansyang dinadaanan ng liwanag sa 1/299,792,458 ng isang segundo.

Sa wakas, gaya ng nakasanayan, iminumungkahi naming manood ng pang-edukasyon na video. Mga kaibigan, kahit na nahaharap ka sa isang gawain tulad ng independiyenteng pagsukat ng bilis ng liwanag gamit ang mga improvised na paraan, maaari mong ligtas na bumaling sa aming mga may-akda para sa tulong. Maaari mong punan ang isang aplikasyon sa website ng Correspondence Student. Nais namin sa iyo ng isang kaaya-aya at madaling pag-aaral!

Noong nakaraang tagsibol, nag-ulat ang mga pang-agham at sikat na magazine sa agham sa buong mundo ng mga nakakagulat na balita. Ang mga Amerikanong pisiko ay nagsagawa ng isang natatanging eksperimento: pinamamahalaan nilang bawasan ang bilis ng liwanag sa 17 metro bawat segundo.

Alam ng lahat na ang liwanag ay naglalakbay sa napakalaking bilis - halos 300 libong kilometro bawat segundo. Ang eksaktong halaga ng halaga nito sa vacuum = 299792458 m/s ay isang pangunahing pisikal na pare-pareho. Ayon sa teorya ng relativity, ito ang pinakamataas na posibleng bilis ng paghahatid ng signal.

Sa anumang transparent na daluyan, ang liwanag ay naglalakbay nang mas mabagal. Ang bilis nito v ay nakasalalay sa refractive index ng medium n: v = c/n. Ang refractive index ng hangin ay 1.0003, ng tubig - 1.33, ng iba't ibang uri ng salamin - mula 1.5 hanggang 1.8. Ang brilyante ay may isa sa pinakamataas na halaga ng refractive index - 2.42. Kaya, ang bilis ng liwanag sa mga ordinaryong sangkap ay bababa ng hindi hihigit sa 2.5 beses.

Noong unang bahagi ng 1999, pinag-aralan ng isang grupo ng mga physicist mula sa Rowland Institute for Scientific Research sa Harvard University (Massachusetts, USA) at Stanford University (California) ang macroscopic quantum effect - ang tinatawag na self-induced transparency, na nagpapasa ng laser pulses sa isang medium. na karaniwang malabo. Ang medium na ito ay sodium atoms sa isang espesyal na estado na tinatawag na Bose-Einstein condensate. Kapag na-irradiated ng laser pulse, nakakakuha ito ng optical properties na nagpapababa ng group velocity ng pulse ng 20 milyong beses kumpara sa bilis sa vacuum. Nagawa ng mga eksperimento na taasan ang bilis ng liwanag sa 17 m/s!

Bago ilarawan ang kakanyahan ng natatanging eksperimentong ito, alalahanin natin ang kahulugan ng ilang pisikal na konsepto.

Bilis ng grupo. Kapag ang liwanag ay nagpapalaganap sa isang daluyan, dalawang bilis ay nakikilala: phase at pangkat. Tinutukoy ng bilis ng phase vf ang paggalaw ng bahagi ng isang perpektong monochromatic wave - isang walang katapusang sine wave na mahigpit na isang frequency at tinutukoy ang direksyon ng pagpapalaganap ng liwanag. Ang bilis ng phase sa daluyan ay tumutugma sa index ng repraktibo ng phase - ang parehong isa na ang mga halaga ay sinusukat para sa iba't ibang mga sangkap. Ang phase refractive index, at samakatuwid ang phase velocity, ay nakasalalay sa wavelength. Ang pag-asa na ito ay tinatawag na pagpapakalat; ito ay humahantong, sa partikular, sa agnas ng puting liwanag na dumadaan sa isang prisma sa isang spectrum.

Ngunit ang isang tunay na liwanag na alon ay binubuo ng isang hanay ng mga alon ng iba't ibang mga frequency, na pinagsama sa isang tiyak na agwat ng parang multo. Ang nasabing set ay tinatawag na isang grupo ng mga alon, isang wave packet o isang light pulse. Ang mga alon na ito ay nagpapalaganap sa daluyan sa iba't ibang bilis ng yugto dahil sa pagpapakalat. Sa kasong ito, ang salpok ay nakaunat at nagbabago ang hugis nito. Samakatuwid, upang ilarawan ang paggalaw ng isang salpok, isang pangkat ng mga alon sa kabuuan, ipinakilala ang konsepto ng bilis ng grupo. Ito ay makatuwiran lamang sa kaso ng isang makitid na spectrum at sa isang daluyan na may mahinang pagpapakalat, kapag ang pagkakaiba sa mga bilis ng phase ng mga indibidwal na bahagi ay maliit. Upang mas maunawaan ang sitwasyon, maaari tayong magbigay ng malinaw na pagkakatulad.

Isipin natin na pitong atleta ang pumila sa panimulang linya, nakasuot ng iba't ibang kulay na jersey ayon sa mga kulay ng spectrum: pula, orange, dilaw, atbp. Sa hudyat ng panimulang pistola, sabay-sabay silang nagsimulang tumakbo, ngunit ang "pula ” ang atleta ay tumatakbo nang mas mabilis kaysa sa “orange” , ang "orange" ay mas mabilis kaysa sa "dilaw", atbp., upang sila ay maabot sa isang kadena, ang haba nito ay patuloy na tumataas. Ngayon isipin na tinitingnan namin sila mula sa itaas mula sa isang taas na hindi namin makilala ang mga indibidwal na runner, ngunit nakikita lamang ang isang motley spot. Posible bang pag-usapan ang bilis ng paggalaw ng lugar na ito sa kabuuan? Posible, ngunit kung ito ay hindi masyadong malabo, kapag ang pagkakaiba sa mga bilis ng iba't ibang kulay na mga runner ay maliit. Kung hindi, ang lugar ay maaaring umabot sa buong haba ng ruta, at ang tanong ng bilis nito ay mawawalan ng kahulugan. Ito ay tumutugma sa malakas na pagpapakalat - isang malaking pagkalat ng mga bilis. Kung ang mga runner ay nakasuot ng mga jersey na halos magkapareho ang kulay, naiiba lamang sa mga shade (sabihin, mula sa madilim na pula hanggang sa mapusyaw na pula), ito ay nagiging pare-pareho sa kaso ng isang makitid na spectrum. Kung gayon ang mga bilis ng mga runner ay hindi gaanong mag-iiba;

Mga istatistika ng Bose-Einstein. Ito ay isa sa mga uri ng tinatawag na quantum statistics - isang teorya na naglalarawan sa estado ng mga system na naglalaman ng napakaraming particle na sumusunod sa mga batas ng quantum mechanics.

Ang lahat ng mga particle - parehong nasa isang atom at libre - ay nahahati sa dalawang klase. Para sa isa sa kanila, ang prinsipyo ng pagbubukod ng Pauli ay may bisa, ayon sa kung saan hindi maaaring magkaroon ng higit sa isang particle sa bawat antas ng enerhiya. Ang mga partikulo ng klase na ito ay tinatawag na mga fermion (ito ay mga electron, proton at neutron; ang parehong klase ay kinabibilangan ng mga particle na binubuo ng isang kakaibang bilang ng mga fermion), at ang batas ng kanilang pamamahagi ay tinatawag na mga istatistika ng Fermi-Dirac. Ang mga particle ng ibang klase ay tinatawag na boson at hindi sumusunod sa prinsipyo ng Pauli: ang walang limitasyong bilang ng mga boson ay maaaring maipon sa isang antas ng enerhiya. Sa kasong ito pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga istatistika ng Bose-Einstein. Kasama sa mga boson ang mga photon, ilang panandaliang elementarya na particle (halimbawa, pi-meson), pati na rin ang mga atom na binubuo ng pantay na bilang ng mga fermion. Sa napakababang temperatura, ang mga boson ay nagsasama-sama sa kanilang pinakamababang antas ng enerhiya; pagkatapos ay sinasabi nila na ang Bose-Einstein condensation ay nangyayari. Ang mga condensate atom ay nawawala ang kanilang mga indibidwal na katangian, at ilang milyon-milyon sa kanila ang nagsimulang kumilos bilang isa, ang kanilang mga function ng wave ay sumanib, at ang kanilang pag-uugali ay inilarawan ng isang solong equation. Ginagawa nitong posible na sabihin na ang mga atomo ng condensate ay naging magkakaugnay, tulad ng mga photon sa laser radiation. Ginamit ng mga mananaliksik mula sa American National Institute of Standards and Technology ang pag-aari na ito ng Bose-Einstein condensate upang lumikha ng isang "atomic laser" (tingnan ang Science and Life No. 10, 1997).

Self-induced transparency. Isa ito sa mga epekto ng nonlinear optics - ang optika ng malalakas na light field. Binubuo ito sa katotohanan na ang isang napakaikli at malakas na pulso ng liwanag ay dumadaan nang walang pagpapalambing sa isang daluyan na sumisipsip ng tuluy-tuloy na radiation o mahabang pulso: ang isang malabo na daluyan ay nagiging transparent dito. Ang self-induced transparency ay sinusunod sa mga rarefied na gas na may tagal ng pulso na 10-7 - 10-8 s at sa condensed media - mas mababa sa 10-11 s. Sa kasong ito, ang isang pagkaantala ng pulso ay nangyayari - ang bilis ng grupo nito ay bumababa nang malaki. Ang epektong ito ay unang ipinakita nina McCall at Khan noong 1967 sa ruby ​​​​sa temperatura na 4 K. Noong 1970, ang mga pagkaantala na tumutugma sa mga bilis ng pulso ay tatlong order ng magnitude (1000 beses) na mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag sa vacuum ay nakuha sa rubidium singaw.

Bumaling tayo ngayon sa natatanging eksperimento noong 1999. Isinagawa ito nina Len Westergaard Howe, Zachary Dutton, Cyrus Berusi (Rowland Institute) at Steve Harris (Stanford University). Pinalamig nila ang isang siksik, magnetically hold na ulap ng sodium atoms hanggang sa bumalik sila sa ground state, ang pinakamababang antas ng enerhiya. Sa kasong ito, ang mga atomo lamang ang nahiwalay na ang magnetic dipole moment ay nakadirekta sa tapat ng direksyon ng magnetic field. Pagkatapos ay pinalamig ng mga mananaliksik ang ulap sa mas mababa sa 435 nK (nanokelvins, o 0.000000435 K, halos ganap na zero).

Pagkatapos nito, ang condensate ay iluminado ng isang "coupling beam" ng linearly polarized laser light na may dalas na naaayon sa mahina nitong enerhiya ng paggulo. Ang mga atomo ay lumipat sa isang mas mataas na antas ng enerhiya at tumigil sa pagsipsip ng liwanag. Bilang resulta, ang condensate ay naging transparent sa sumusunod na laser radiation. At dito lumitaw ang napaka kakaiba at hindi pangkaraniwang mga epekto. Ang mga sukat ay nagpakita na, sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang isang pulso na dumadaan sa isang Bose-Einstein condensate ay nakakaranas ng pagkaantala na tumutugma sa pagbagal ng liwanag ng higit sa pitong order ng magnitude - isang kadahilanan na 20 milyon. Ang bilis ng pulso ng ilaw ay bumagal sa 17 m / s, at ang haba nito ay bumaba nang maraming beses - hanggang 43 micrometer.

Naniniwala ang mga mananaliksik na sa pamamagitan ng pag-iwas sa laser heating ng condensate, magagawa nilang pabagalin pa ang liwanag - marahil sa bilis na ilang sentimetro bawat segundo.

Ang isang sistema na may tulad na hindi pangkaraniwang mga katangian ay gagawing posible na pag-aralan ang quantum optical na mga katangian ng bagay, pati na rin ang paglikha ng iba't ibang mga aparato para sa mga quantum computer ng hinaharap, halimbawa, single-photon switch.