אנשים רבים ידעו על קיומו של מושג כזה "מהירות האור" מגיל הרך. אך לא כולם יודעים בפירוט על התופעה.
רבים הפנו את תשומת הלב לעובדה שבמהלך סופת רעמים יש עיכוב בין הבזק של ברק לקול הרעם. ההתפרצות, ככלל, מגיעה אלינו מהר יותר. המשמעות היא שיש לו מהירות גבוהה יותר מאשר צליל. מה הסיבה לכך? מהי מהירות האור וכיצד נמדדים?
מהי מהירות האור?
בואו נבין תחילה מהי מהירות האור. מבחינה מדעית, מדובר בכמות כזו שמראה כמה מהר הקרניים נעות בוואקום או באוויר. אתה צריך גם לדעת מה האור. זו הקרינה הנתפסת בעין האנושית. המהירות תלויה בתנאים סביבתיים, כמו גם בתכונות אחרות, למשל, שבירה.
עובדה מעניינתלוקח אור מכדור הארץ ללוויין, הירח, לוקח 1.25 שניות.
מהי מהירות האור במילים שלך?
במילים פשוטות, מהירות האור היא טווח הזמן בו קרן האור נעה בכל מרחק. הזמן נמדד בדרך כלל בשניות. עם זאת, ישנם מדענים המשתמשים ביחידות שונות. מרחק נמדד גם בדרכים שונות. בעיקרון - זהו מטר. כלומר, ערך זה נחשב ל- m / s. הפיזיקה מסבירה זאת כך: תופעה שזזה במהירות מסוימת (קבועה).
כדי להקל על ההבנה, נסתכל על הדוגמא הבאה. רוכב האופניים נע במהירות של 20 קמ"ש. הוא רוצה להדביק את נהג המכונית, שמהירותו 25 קמ"ש. אם אתה סופר, המכונית הולכת 5 קמ"ש מהר יותר מאשר רוכב אופניים. עם קרני אור הדברים שונים. לא משנה כמה מהר האנשים הראשונים והשניים עוברים דירה, האור, יחסית אליהם, נע במהירות קבועה.
מהי מהירות האור?
כאשר אינו נמצא בוואקום, תנאים שונים משפיעים על האור. החומר דרכו עוברות הקרניים, כולל. אם מספר המטרים לשנייה לא משתנה ללא גישה לחמצן, אז בסביבה עם גישה לאוויר, הערך משתנה.
האור עובר לאט יותר דרך חומרים שונים כמו זכוכית, מים ואוויר. לתופעה זו ניתן אינדקס שבירה המתאר עד כמה הם מאטים את תנועת האור. לזכוכית מדד שבירה של 1.5, כלומר האור עובר דרכו במהירות של כ -200 אלף קמ"ש. מדד השבירה של מים הוא 1.3, ומדד השבירה של האוויר הוא מעט יותר מ -1, מה שאומר שהאוויר רק מאט מעט את האור.
לכן, לאחר שעבר באוויר או בנוזל, המהירות מאטה והופכת פחות מאשר בוואקום. לדוגמא, במאגרים שונים מהירות תנועת הקרניים היא 0.75 מהמהירות בחלל. כמו כן, עם לחץ סטנדרטי של 1.01 בר, הקצב מאט ב 1.5-2%. כלומר, בתנאים יבשתיים, מהירות האור משתנה בהתאם לתנאי הסביבה.
לגבי תופעה כזו הם הגישו מושג מיוחד - שבירה. כלומר, שבירת האור. הוא נמצא בשימוש נרחב בהמצאות שונות. לדוגמא, שבירה היא טלסקופ עם מערכת אופטית. כמו כן, בעזרת זה נוצרים גם משקפות וציוד אחר, שעיקר עבודתו הוא השימוש באופטיקה.
באופן כללי, ניתן לשבור את הקרן הקטנה ביותר על ידי מעבר באוויר רגיל. כאשר עוברים דרך זכוכית אופטית שנוצרה במיוחד, המהירות היא כ -195 אלף ק"מ לשנייה. זה כמעט 105 אלף קמ"ש פחות מהקבוע.
הערך המדויק ביותר של מהירות האור
פיזיקאים במהלך השנים צברו ניסיון בחקר מהירות קרני האור. כרגע הערך המדויק ביותר של מהירות האור הוא 299,792 ק"מ לשנייה. הקבוע הוקם בשנת 1933. המספר עדיין רלוונטי.
עם זאת, קשיים נוספים התעוררו בקביעת המחוון.זה נבע משגיאת מטר. כעת המונה עצמו תלוי ישירות במהירות האור. זה שווה למרחק שהקרניים נעות במספר מסוים של שניות - 1 / מהירות האור.
מהי מהירות האור בוואקום?
מכיוון שהאור אינו מושפע מתנאים שונים בוואקום, המהירות שלו לא משתנה כפי שהיא עושה על פני כדור הארץ. מהירות האור בוואקום היא 299,792 ק"מ לשנייה. אינדיקטור זה הוא הגבול. ההערכה היא ששום דבר בעולם לא יכול לנוע מהר יותר, אפילו גופים קוסמיים שזזים די מהר.
לדוגמה, לוחם, בואינג X-43, החורג את מהירות הצליל כמעט פי 10 (יותר מ -11 אלף קמ"ש), טס לאט יותר מקורה. האחרון זז יותר מ- 96 אלף קמ"ש מהר יותר.
כיצד נמדדה מהירות האור?
המדענים הראשונים הראשונים ניסו למדוד את הערך הזה. נעשה שימוש בשיטות שונות. בתקופת העת העתיקה, אנשי המדע האמינו שהוא אינסופי, ולכן אי אפשר למדוד אותו. דעה זו נותרה זמן רב, עד המאה 16-17. בימים ההם הופיעו מדענים אחרים שהציעו כי לקורה יש סוף, וניתן למדוד את המהירות.
האסטרונום המפורסם מדנמרק אולף רומר הביא את הידע במהירות האור לרמה חדשה. הוא הבחין כי ליקוי הירח של צדק מאחר. בעבר איש לא שם לב לכך. כתוצאה מכך, הוא החליט לחשב את המהירות.
הוא העלה מהירות משוערת, שהייתה שווה לכ -220 אלף ק"מ בשנייה. מאוחר יותר, מדען מאנגליה ג'יימס ברדלי המשיך את המחקר. למרות שהוא לא צדק לחלוטין, הוא מעט ניגש לתוצאות המחקר הנוכחיות.
לאחר זמן מה, מרבית המדענים התעניינו בכמות זו. במחקר היו מעורבים אנשים ממדינות שונות. עם זאת, עד שנות ה -70 של המאה ה -20 לא היו תגליות גרנדיוזיות. מאז שנות השבעים, כאשר המציאו לייזרים ומייסרים (מחוללי קוונטים), מדענים ערכו מחקר והשיגו את המהירות המדויקת. הערך הנוכחי היה רלוונטי מאז 1983. תוקנו שגיאות קטנות בלבד.
החוויה של גלילאו
מדען מאיטליה הפתיע את כל החוקרים מאותן שנים בפשטות ובגאונות שבניסיון שלו. הוא הצליח למדוד את מהירות האור באמצעות כלים רגילים שהיו בהישג ידו.
הוא ועוזרו טיפסו על הגבעות השכנות, לאחר שחישבו בעבר את המרחק ביניהם. הם לקחו את הפנסים המוארים, ציידו אותם בדיכבים הפותחים וסוגרים את האורות. בתורו, פתיחת האור וסגירתו, הם ניסו לחשב את מהירות האור. גלילאו והעוזר ידעו מראש באיזה עיכוב יפתחו ויסגרו את האור. כאשר אחד נפתח, השני עושה את אותו הדבר.
עם זאת, הניסוי היה כישלון. כדי לגרום לזה לעבוד, המדענים יצטרכו לעמוד במרחק של מיליוני קילומטרים אחד מהשני.
החוויה של רומר וברדלי
המחקר הזה כבר נכתב בקצרה לעיל. זו אחת החוויות הפרוגרסיביות ביותר באותה תקופה. רומר השתמש בידע באסטרונומיה כדי למדוד את מהירות הקרניים. זה קרה בשנת 76 של המאה ה -17.
החוקר צפה ב- Io (הלוויין של צדק) דרך טלסקופ. הוא גילה את התבנית הבאה: ככל שכוכב הלכת שלנו מתרחק מיופיטר, כך גדל העיכוב בליקוי החמה של איו. העיכוב הגדול ביותר היה 21-22 דקות.
בהנחה שהלווין מתרחק במרחק השווה לאורכו של קוטר המסלול, חילק המדען את המרחק לפי זמן. כתוצאה מכך הוא קיבל 214 אלף ק"מ בשנייה. למרות שמחקר זה נחשב למוערך מאוד, מכיוון שהמרחק היה משוער, הוא התקרב למדד הנוכחי.
במאה ה -18, ג'יימס ברדלי השלים את המחקר. לשם כך הוא השתמש בחריגה - שינוי במיקום הגוף הקוסמי עקב תנועת כדור הארץ סביב השמש. ג'יימס מדד את זווית הסטייה, ובידיעת מהירות כוכב הלכת שלנו, הוא קיבל ערך של 301 אלף קמ"ש לשנייה.
חוויית פיזו
חוקרים ואנשים רגילים היו סקפטיים לחוויותיהם של רומר וג'יימס ברדלי. למרות זאת, התוצאות היו הכי קרובות לאמת ורלוונטיות במשך למעלה ממאה שנים. במאה ה -19 תרם ארמן פיזו, מדען מבירת צרפת, פריז, למדידת הכמות הזו. הוא השתמש בשיטת התריס הסיבוב. כמו כן, כמו גלילאו גליליי עם עוזרו, פיזו לא צפה בגופות שמימיות, אלא חקר בתנאי מעבדה.
עקרון החוויה הוא פשוט. קרן אור כוונה למראה. בהתחשב בכך, האור עבר דרך שיני ההגה. ואז הוא פגע במשטח רפלקטיבי אחר, שהיה ממוקם במרחק של 8.6 ק"מ. הגלגל הסתובב והגביר את המהירות, עד שהקרן נראתה בפער הבא. לאחר חישובים, המדען קיבל תוצאה של 313 אלף קמ"ש.
בהמשך חזר המחקר על ידי הפיזיקאי והאסטרונום הצרפתי ליאון פוקו, וקיבל תוצאה של 298 אלף קמ"ש. התוצאה המדויקת ביותר באותה תקופה. בהמשך נערכו מדידות באמצעות לייזרים ומייסרים.
האם מהירות סופרלומינלית אפשרית?
ישנם עצמים מהירים יותר ממהירות האור. לדוגמא, קרני שמש, צל, תנודות גל. למרות שבאופן תיאורטי הם יכולים לפתח מהירות סופר-לומית, האנרגיה שהם פולטים לא תעלה בקנה אחד עם וקטור תנועתם.
אם קרן אור עוברת, למשל, דרך זכוכית או מים, אלקטרונים יכולים לעקוף אותה. הם אינם מוגבלים במהירות התנועה. לכן בתנאים כאלה האור אינו זז מהר יותר מכל אחד אחר.
תופעה זו נקראת אפקט ואווילוב-צ'רנקוב. לרוב נמצא במאגרים וכורים עמוקים.