หลายคนรู้จักเกี่ยวกับการมีอยู่ของแนวคิดเช่น "ความเร็วของแสง" ตั้งแต่ปฐมวัย แต่ไม่ใช่ทุกคนที่รู้รายละเอียดเกี่ยวกับปรากฏการณ์

หลายคนให้ความสนใจกับความจริงที่ว่าในช่วงพายุฝนฟ้าคะนองมีความล่าช้าระหว่างแสงแฟลชจากฟ้าผ่าและเสียงฟ้าร้อง ตามปกติการระบาดของโรคจะมาถึงเราเร็วขึ้น ซึ่งหมายความว่ามันมีความเร็วมากกว่าเสียง อะไรคือสาเหตุของสิ่งนี้? ความเร็วของแสงคืออะไรและวัดได้อย่างไร?

ความเร็วของแสงคืออะไร?

ก่อนอื่นเรามาทำความเข้าใจว่าความเร็วแสงคืออะไร ในทางวิทยาศาสตร์นี่เป็นปริมาณที่แสดงว่ารังสีเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วในสุญญากาศหรือในอากาศ คุณต้องรู้ด้วยว่าแสงคืออะไร นี่คือรังสีที่มนุษย์รับรู้ได้ ความเร็วขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมเช่นเดียวกับคุณสมบัติอื่น ๆ เช่นการหักเห

ความจริงที่น่าสนใจ: ใช้เวลา 1.25 วินาทีเพื่อให้แสงเดินทางจากโลกไปยังดาวเทียมดวงจันทร์

ความเร็วของแสงในคำพูดของคุณคืออะไร?

ความเร็วของแสงคือเวลาที่ลำแสงเคลื่อนที่ผ่านระยะทางใด ๆ โดยปกติเวลาจะวัดเป็นวินาที อย่างไรก็ตามนักวิทยาศาสตร์บางคนใช้หน่วยที่แตกต่างกัน วัดระยะทางด้วยวิธีต่างๆ โดยทั่วไป - นี่คือเมตร นั่นคือค่านี้จะพิจารณาเป็น m / s ฟิสิกส์อธิบายสิ่งต่อไปนี้: ปรากฏการณ์ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่แน่นอน (ค่าคงที่)

เพื่อให้ง่ายต่อการเข้าใจลองดูตัวอย่างต่อไปนี้ นักปั่นจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 20 กม. / ชม. เขาต้องการที่จะติดต่อกับคนขับรถซึ่งมีความเร็ว 25 กม. / ชม. หากคุณนับรถจะวิ่งเร็วกว่านักปั่น 5 กม. / ชม. ด้วยรังสีของแสงสิ่งต่าง ๆ ไม่ว่าคนแรกและคนที่สองจะเคลื่อนไหวเร็วแค่ไหนแสงที่เกี่ยวกับพวกเขาจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่

ความเร็วของแสงคืออะไร?

เมื่อไม่อยู่ในสุญญากาศเงื่อนไขต่างๆจะมีผลกับแสง สารที่ผ่านการแผ่รังสีรวมถึง หากจำนวนเมตรต่อวินาทีไม่เปลี่ยนแปลงหากไม่มีการเข้าถึงออกซิเจนดังนั้นในสภาพแวดล้อมที่มีการเข้าถึงอากาศค่าจะเปลี่ยนไป

แสงเดินทางช้ากว่าผ่านวัสดุต่าง ๆ เช่นแก้วน้ำและอากาศ ปรากฏการณ์นี้ได้รับดัชนีการหักเหของแสงเพื่ออธิบายว่าพวกเขาชะลอการเคลื่อนที่ของแสงมากแค่ไหน แก้วมีดัชนีหักเห 1.5 ซึ่งหมายความว่าแสงผ่านมันด้วยความเร็วประมาณ 200,000 กิโลเมตรต่อวินาที ดัชนีการหักเหของน้ำคือ 1.3 และดัชนีการหักเหของอากาศมีค่ามากกว่า 1 เล็กน้อยซึ่งหมายความว่าอากาศจะทำให้แสงช้าลงเล็กน้อย

ดังนั้นหลังจากผ่านอากาศหรือของเหลวความเร็วจะช้าลงกลายเป็นน้อยกว่าในสุญญากาศ ตัวอย่างเช่นในอ่างเก็บน้ำต่างๆความเร็วของการเคลื่อนที่ของรังสีคือ 0.75 ของความเร็วในอวกาศ นอกจากนี้ด้วยความดันมาตรฐานที่ 1.01 บาร์อัตรานั้นก็ช้าลง 1.5-2% นั่นคือภายใต้เงื่อนไขภาคพื้นดินความเร็วของแสงแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม

สำหรับปรากฏการณ์ดังกล่าวพวกเขามาพร้อมกับแนวคิดพิเศษ - การหักเห นั่นคือการหักเหของแสง มันถูกใช้อย่างกว้างขวางในสิ่งประดิษฐ์ต่าง ๆ ตัวอย่างเช่นผู้หักเหคือกล้องโทรทรรศน์ที่มีระบบออพติคอล นอกจากนี้ด้วยความช่วยเหลือจากสิ่งนี้กล้องสองตาและอุปกรณ์อื่น ๆ ก็ถูกสร้างขึ้นซึ่งเป็นหัวใจของการใช้เลนส์

โดยทั่วไปแล้วรังสีที่เล็กที่สุดสามารถหักเหได้โดยผ่านอากาศธรรมดา เมื่อผ่านแก้วแสงที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษความเร็วจะอยู่ที่ประมาณ 195,000 กิโลเมตรต่อวินาที นี่คือเกือบ 105,000 km / s น้อยกว่าค่าคงที่

ค่าที่แม่นยำที่สุดของความเร็วแสง

นักฟิสิกส์ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาได้รับประสบการณ์ในการศึกษาความเร็วของรังสีแสง ในขณะนี้ค่าที่ถูกต้องที่สุดของความเร็วของแสงคือ 299,792 กิโลเมตรต่อวินาที. ค่าคงที่นี้ก่อตั้งขึ้นในปี 2476 จำนวนยังคงเกี่ยวข้อง

อย่างไรก็ตามปัญหาเพิ่มเติมเกิดขึ้นกับการกำหนดตัวบ่งชี้นี่เป็นเพราะข้อผิดพลาดเมตร ตอนนี้ตัวมิเตอร์เองขึ้นอยู่กับความเร็วของแสงโดยตรง มันเท่ากับระยะทางที่รังสีเคลื่อนที่ในเวลาไม่กี่วินาที - 1 / ความเร็วของแสง

ความเร็วของแสงในสุญญากาศคืออะไร?

เนื่องจากแสงไม่ได้รับผลกระทบจากสภาวะต่างๆในสุญญากาศความเร็วของมันจึงไม่เปลี่ยนแปลงเช่นเดียวกับบนโลก ความเร็วของแสงในสุญญากาศคือ 299,792 กิโลเมตรต่อวินาที. ตัวบ่งชี้นี้คือขีด จำกัด มีความเชื่อกันว่าไม่มีสิ่งใดในโลกที่สามารถเคลื่อนไหวได้เร็วขึ้นแม้แต่กายจักรวาลที่เคลื่อนไหวเร็วมาก

ตัวอย่างเช่นเครื่องบินรบ Boeing X-43 ซึ่งเกินความเร็วเสียงเกือบ 10 เท่า (มากกว่า 11,000 กม. / ชม.) บินช้ากว่าลำแสง หลังเคลื่อนที่เร็วกว่า 96,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง

ความเร็วของแสงวัดได้อย่างไร?

นักวิทยาศาสตร์คนแรกที่พยายามวัดค่านี้ วิธีการที่แตกต่างกันถูกนำมาใช้ ในยุคสมัยโบราณคนวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามันไม่มีที่สิ้นสุดดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะวัด ความคิดเห็นนี้ยังคงเป็นเวลานานจนถึงศตวรรษที่ 16-17 ในสมัยนั้นนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ ปรากฏว่าใครบอกว่าลำแสงนั้นสิ้นสุดและสามารถวัดความเร็วได้

นักดาราศาสตร์ชื่อดังจากเดนมาร์ก Olaf Roemer นำความรู้เรื่องความเร็วแสงมาสู่อีกระดับ เขาสังเกตเห็นว่าสุริยุปราคาของดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดีล่าช้า ก่อนหน้านี้ไม่มีใครสนใจเรื่องนี้ ดังนั้นเขาจึงตัดสินใจคำนวณความเร็ว

เขาหยิบยกความเร็วโดยประมาณซึ่งเท่ากับประมาณ 220,000 กิโลเมตรต่อวินาที ต่อมานักวิทยาศาสตร์จากประเทศอังกฤษเจมส์แบรดลีย์ทำการศึกษา แม้ว่าเขาจะไม่ถูกต้อง แต่เขาก็เข้าหาผลการวิจัยในปัจจุบันเล็กน้อย

หลังจากระยะเวลาหนึ่งนักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เริ่มสนใจในปริมาณนี้ การวิจัยเกี่ยวข้องกับผู้คนจากประเทศต่าง ๆ อย่างไรก็ตามจนถึงยุค 70 ของศตวรรษที่ 20 ไม่มีการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ ตั้งแต่ปี 1970 เมื่อเลเซอร์และปริญญาโท (กำเนิดควอนตัม) ถูกประดิษฐ์ขึ้นนักวิทยาศาสตร์ได้ทำการวิจัยและได้รับความเร็วที่แน่นอน มูลค่าปัจจุบันมีความเกี่ยวข้องตั้งแต่ปี 1983 แก้ไขข้อผิดพลาดเล็ก ๆ เท่านั้น

ประสบการณ์ของกาลิเลโอ

นักวิทยาศาสตร์จากอิตาลีทำให้นักวิจัยทุกคนประหลาดใจในช่วงเวลานั้นด้วยความเรียบง่ายและอัจฉริยะของประสบการณ์ของเขา เขาจัดการเพื่อวัดความเร็วของแสงโดยใช้เครื่องมือธรรมดาที่ปลายนิ้วของเขา

เขาและผู้ช่วยของเขาปีนขึ้นไปบนเนินเขาใกล้เคียงโดยก่อนหน้านี้ได้คำนวณระยะห่างระหว่างพวกเขา พวกเขาเอาโคมไฟส่องสว่างพร้อมกับกระโปรงที่เปิดและปิดไฟ ในทางกลับกันการเปิดและปิดแสงพวกเขาพยายามคำนวณความเร็วของแสง กาลิเลโอและผู้ช่วยรู้ล่วงหน้าเกี่ยวกับความล่าช้าที่พวกเขาจะเปิดและปิดไฟ เมื่อเปิดแล้วอีกอันหนึ่งก็ทำเช่นเดียวกัน

อย่างไรก็ตามการทดสอบล้มเหลว เพื่อให้มันทำงานได้นักวิทยาศาสตร์จะต้องยืนห่างกันหลายล้านกิโลเมตร

ประสบการณ์ของRömerและ Bradley

การศึกษานี้ได้รับการเขียนสั้น ๆ ข้างต้น นี่เป็นหนึ่งในประสบการณ์ที่ก้าวหน้าที่สุดของเวลา Römerใช้ความรู้ทางดาราศาสตร์ในการวัดความเร็วของรังสี มันเกิดขึ้นในปี 76 ของศตวรรษที่ 17

นักวิจัยได้สังเกตการณ์ Io (ดาวเทียมของดาวพฤหัสบดี) ผ่านกล้องโทรทรรศน์ เขาค้นพบรูปแบบต่อไปนี้: ยิ่งดาวเคราะห์ของเราเคลื่อนห่างจากดาวพฤหัสยิ่งมีความล่าช้าในอุปราคาของไอโอมากขึ้น ความล่าช้าที่ใหญ่ที่สุดคือ 21-22 นาที

สมมติว่าดาวเทียมกำลังเคลื่อนที่ไปในระยะทางเท่ากับความยาวของเส้นผ่านศูนย์กลางของวงโคจรนักวิทยาศาสตร์จึงแบ่งระยะทางตามเวลา เป็นผลให้เขาได้รับ 214,000 กิโลเมตรต่อวินาที แม้ว่าการศึกษานี้จะถือว่าใกล้เคียงกันมาก แต่เนื่องจากระยะทางใกล้เคียงกัน

ในศตวรรษที่ 18 เจมส์แบรดลีย์เสริมการศึกษา ในการทำเช่นนี้เขาใช้ความผิดปกติ - การเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของร่างกายจักรวาลเนื่องจากการเคลื่อนที่ของโลกรอบดวงอาทิตย์ เจมส์วัดมุมของความผิดปกติและเมื่อรู้ความเร็วของดาวเคราะห์ของเราเขาก็มีค่า 301,000 กิโลเมตรต่อวินาที

ประสบการณ์ Fizeau

นักวิจัยและคนทั่วไปมีความสงสัยในประสบการณ์ของRömerและ James Bradley อย่างไรก็ตามเรื่องนี้ผลลัพธ์ก็ใกล้เคียงกับความจริงและเกี่ยวข้องมากว่าศตวรรษ ในศตวรรษที่ 19 Arman Fizeau นักวิทยาศาสตร์จากเมืองหลวงของฝรั่งเศสปารีสมีส่วนช่วยในการวัดปริมาณนี้ เขาใช้วิธีการหมุนชัตเตอร์ ยิ่งไปกว่านั้นเช่นเดียวกับกาลิเลโอกาลิลีกับผู้ช่วยของเขาฟีเซโอก็ไม่ได้สังเกตร่างกายท้องฟ้า แต่ตรวจสอบในห้องปฏิบัติการ

หลักการของประสบการณ์นั้นง่าย รังสีของแสงถูกเล็งไปที่กระจก สะท้อนจากมันแสงผ่านฟันของล้อ จากนั้นมันก็ชนกับพื้นผิวสะท้อนแสงอีกอันหนึ่งซึ่งตั้งอยู่ที่ระยะทาง 8.6 กม. ล้อถูกหมุนเพิ่มความเร็วจนกระทั่งลำแสงสามารถมองเห็นได้ในช่องว่างถัดไป หลังจากการคำนวณนักวิทยาศาสตร์ได้รับผลลัพธ์ 313,000 km / s

ต่อมาการศึกษาซ้ำโดยนักฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Leon Foucault ได้รับผลลัพธ์ 298,000 km / s ผลลัพธ์ที่แม่นยำที่สุดในขณะนั้น การวัดในภายหลังได้ดำเนินการโดยใช้เลเซอร์และปริญญาโท

เป็นไปได้ความเร็ว superluminal?

มีวัตถุเร็วกว่าความเร็วแสง ตัวอย่างเช่นพระอาทิตย์แสงเงาคลื่นสั่นสะเทือน แม้ว่าในทางทฤษฎีแล้วพวกเขาสามารถพัฒนาความเร็วสูงสุด แต่พลังงานที่พวกมันเปล่งออกมาจะไม่ตรงกับเวกเตอร์ของการเคลื่อนที่

หากลำแสงผ่านตัวอย่างเช่นผ่านแก้วหรือน้ำอิเล็กตรอนก็สามารถแซงได้ ไม่ จำกัด ความเร็วในการเคลื่อนที่ ดังนั้นภายใต้เงื่อนไขดังกล่าวแสงไม่เคลื่อนที่เร็วกว่าใคร

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ผล Vavilov-Cherenkov. ส่วนใหญ่มักพบในบ่อลึกและเครื่องปฏิกรณ์