سرعة الضوء هي المسافة التي يقطعها الضوء لكل وحدة زمنية. تعتمد هذه القيمة على الوسيط الذي ينتشر فيه الضوء.

في حالة الفراغ ، تبلغ سرعة الضوء 299،792،458 م / ث. هذه هي أعلى سرعة يمكن الوصول إليها. عند حل المشكلات التي لا تتطلب دقة خاصة ، تؤخذ هذه القيمة مساوية لـ 300.000.000 م / ث. من المفترض أن جميع أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي تنتشر بسرعة الضوء في الفراغ: موجات الراديو ، والأشعة تحت الحمراء ، والضوء المرئي ، والأشعة فوق البنفسجية ، والأشعة السينية ، وأشعة جاما. عينها بحرف مع .

كيف يتم تحديد سرعة الضوء؟

اعتقد العلماء في العصور القديمة أن سرعة الضوء لا نهائية. في وقت لاحق ، بدأت المناقشات حول هذه القضية في الأوساط العلمية. وافق كبلر وديكارت وفيرمات على رأي العلماء القدماء. ويعتقد جاليليو وهوك أنه على الرغم من أن سرعة الضوء عالية جدًا ، إلا أنها لا تزال ذات قيمة محدودة.

جاليليو جاليلي

كان العالم الإيطالي جاليليو جاليلي من أوائل من قاسوا سرعة الضوء. أثناء التجربة ، كان هو ومساعده على تلال مختلفة. فتح جاليليو المخمد على فانوسه. في تلك اللحظة ، عندما رأى المساعد هذا الضوء ، كان عليه أن يفعل الشيء نفسه بالفانوس الخاص به. اتضح أن الوقت الذي سافر فيه الضوء من Galileo إلى المساعد والعودة كان قصيرًا جدًا لدرجة أن Galileo أدرك أن سرعة الضوء عالية جدًا ، وبهذه الطريقة مسافة قصيرةمن المستحيل قياسه ، لأن الضوء ينتشر على الفور تقريبًا. والوقت الذي سجله يظهر فقط سرعة رد فعل الشخص.

تم تحديد سرعة الضوء لأول مرة في عام 1676 من قبل عالم الفلك الدنماركي أولاف رومر باستخدام مسافات فلكية. من خلال مراقبة خسوف قمر المشتري Io باستخدام التلسكوب ، وجد أنه مع تحرك الأرض بعيدًا عن المشتري ، يأتي كل خسوف لاحق في وقت متأخر عما تم حسابه. الحد الأقصى للتأخير ، عندما تتحرك الأرض إلى الجانب الآخر من الشمس وتبتعد عن المشتري على مسافة مساوية لقطر مدار الأرض ، هو 22 ساعة. على الرغم من أن القطر الدقيق للأرض لم يكن معروفًا في ذلك الوقت ، إلا أن العالم قسّم قيمته التقريبية بمقدار 22 ساعة وتوصل إلى قيمة تبلغ حوالي 220.000 كم / ثانية.

أولاف رومر

تسببت النتيجة التي حصل عليها رومر في عدم ثقة العلماء. ولكن في عام 1849 قام الفيزيائي الفرنسي أرماند هيبوليت لويس فيزو بقياس سرعة الضوء باستخدام طريقة الغالق الدوار. في تجربته ، يمر الضوء من مصدر بين أسنان عجلة دوارة ويتم توجيهه إلى مرآة. فعاد ينعكس منه. زيادة سرعة العجلة. عندما وصلت إلى قيمة معينة ، تأخرت الشعاع المنعكس من المرآة بسبب السن المتحرك ، ولم يرى المراقب في تلك اللحظة أي شيء.

تجربة فيزو

حسب Fizeau سرعة الضوء على النحو التالي. الضوء يذهب الطريق إل من العجلة إلى المرآة في وقت يساوي t1 = 2 لتر / ثانية . الوقت الذي تستغرقه العجلة في الدوران ½ هو ر 2 \ u003d T / 2N ، أين تي - فترة دوران العجلة ، ن - عدد الأسنان. تردد الدوران ت = 1 / T. . اللحظة التي لا يرى فيها الراصد الضوء يأتي عنده t1 = t2 . من هنا نحصل على صيغة تحديد سرعة الضوء:

ج = 4LNv

بعد حساب هذه الصيغة ، حدد Fizeau ذلك مع = 313،000،000 م / ث. كانت هذه النتيجة أكثر دقة.

أرماند هيبوليت لويس فيزو

في عام 1838 ، اقترح الفيزيائي وعالم الفلك الفرنسي دومينيك فرانسوا جان أراغو استخدام طريقة تدوير المرايا لحساب سرعة الضوء. تم تطبيق هذه الفكرة من قبل الفيزيائي والميكانيكي والفلكي الفرنسي جان برنارد ليون فوكو ، الذي حصل في عام 1862 على قيمة سرعة الضوء (298.000.000 ± 500.000) م / ث.

دومينيك فرانسوا جان أراغو

في عام 1891 ، تبين أن نتيجة عالم الفلك الأمريكي سيمون نيوكومب كانت أكثر دقة من حيث الحجم من نتيجة فوكو. نتيجة حساباته مع = (99810000 ± 50000) م / ث.

أتاحت دراسات الفيزيائي الأمريكي ألبرت أبراهام ميكلسون ، الذي استخدم تركيبًا بمرآة دائرية ثماني السطوح ، تحديد سرعة الضوء بدقة أكبر. في عام 1926 ، قام العالم بقياس الوقت الذي قطع فيه الضوء المسافة بين قمم جبلين ، تساوي 35.4 كم ، واستقبله مع = (299796000 ± 4000) م / ث.

تم إجراء القياس الأكثر دقة في عام 1975. وفي نفس العام ، أوصى المؤتمر العام للأوزان والمقاييس بأن سرعة الضوء تعتبر 299.792.458 ± 1.2 م / ث.

ما الذي يحدد سرعة الضوء

سرعة الضوء في الفراغ لا تعتمد على الإطار المرجعي أو على موضع المراقب. هي باقية قيمة ثابتةتساوي 299792458 ± 1.2 م / ث. لكن في مختلف الوسائط الشفافة ، ستكون هذه السرعة أقل من سرعتها في الفراغ. أي وسيط شفاف له كثافة بصرية. وكلما كان أعلى ، ينتشر الضوء فيه بشكل أبطأ. لذلك ، على سبيل المثال ، تكون سرعة الضوء في الهواء أعلى من سرعته في الماء ، وفي الزجاج البصري النقي تكون أقل من سرعة الماء.

إذا انتقل الضوء من وسط أقل كثافة إلى وسط أكثر كثافة ، فإن سرعته تنخفض. وإذا حدث الانتقال من وسط أكثر كثافة إلى وسيط أقل كثافة ، فإن السرعة ، على العكس من ذلك ، تزداد. وهذا يفسر سبب انحراف شعاع الضوء عند حدود انتقال وسيطين.

في ربيع العام الماضي ، نشرت المجلات العلمية والشعبية في جميع أنحاء العالم أخبارًا مثيرة. أجرى الفيزيائيون الأمريكيون تجربة فريدة: تمكنوا من خفض سرعة الضوء إلى 17 مترًا في الثانية.

يعلم الجميع أن الضوء ينتقل بسرعة هائلة - حوالي 300 ألف كيلومتر في الثانية. القيمة الدقيقة لقيمته في الفراغ = 299792458 م / ث ثابت فيزيائي أساسي. وفقًا لنظرية النسبية ، هذا هو الحد الأقصى السرعة الممكنةانتقال الإشارة.

في أي وسط شفاف ، ينتقل الضوء بشكل أبطأ. سرعته v تعتمد على معامل الانكسار للوسيط n: v = c / n. معامل انكسار الهواء 1.0003 ، الماء - 1.33 ، أنواع مختلفة من الزجاج - من 1.5 إلى 1.8. يعد الماس 2.42 من أعلى قيم معامل الانكسار. وبالتالي ، فإن سرعة الضوء في المواد العادية ستنخفض بما لا يزيد عن 2.5 مرة.

في أوائل عام 1999 ، مجموعة من الفيزيائيين من معهد رولاند بحث علميفي جامعة هارفارد (ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية) ومن جامعة ستانفورد (كاليفورنيا) بحثوا في التأثير الكمي العياني - ما يسمى بالشفافية المستحثة ذاتيًا ، عن طريق تمرير نبضات الليزر عبر وسط غير شفاف في ظل الظروف العادية. كان هذا الوسط عبارة عن ذرات صوديوم في حالة خاصة تسمى مكثف بوز-آينشتاين. عند تشعيعها بنبضة ليزر ، تكتسب خصائص بصرية تقلل سرعة مجموعة النبضة بعامل 20 مليون مقارنة بالسرعة في الفراغ. تمكن المجربون من رفع سرعة الضوء إلى 17 م / ث!

قبل وصف جوهر هذه التجربة الفريدة ، دعونا نتذكر معنى بعض المفاهيم الفيزيائية.

سرعة المجموعة. عندما ينتشر الضوء في وسط ، يتم تمييز سرعتين - المرحلة والمجموعة. تميز سرعة الطور vph حركة المرحلة لموجة أحادية اللون مثالية - وهي جيبية لا نهائية بتردد واحد بدقة وتحدد اتجاه انتشار الضوء. تتوافق سرعة الطور في الوسط مع معامل انكسار الطور - وهو نفس المؤشر الذي يتم قياس قيمه من أجله مواد مختلفة. يعتمد مؤشر طور الانكسار ، وبالتالي سرعة الطور ، على طول الموجة. هذا الاعتماد يسمى التشتت ؛ يؤدي ، على وجه الخصوص ، إلى تحلل الضوء الأبيض الذي يمر عبر منشور إلى طيف.

لكن موجة الضوء الحقيقية تتكون من مجموعة من الموجات ذات الترددات المختلفة ، مجمعة في فترة طيفية معينة. تسمى هذه المجموعة بمجموعة من الموجات ، أو حزمة موجية ، أو نبضة ضوئية. تنتشر هذه الموجات في وسط بسرعات طور مختلفة بسبب التشتت. في هذه الحالة يتمدد النبض ويتغير شكله. لذلك ، لوصف حركة الدافع ، مجموعة الموجات ككل ، يتم تقديم مفهوم سرعة المجموعة. يكون منطقيًا فقط في حالة وجود طيف ضيق وفي وسط به تشتت ضعيف ، عندما يكون الاختلاف في سرعات الطور للمكونات الفردية صغيرًا. لفهم الموقف بشكل أفضل ، يمكننا رسم تشبيه بصري.

تخيل أن سبعة رياضيين اصطفوا على خط البداية ، مرتدين قمصانًا متعددة الألوان وفقًا لألوان الطيف: أحمر ، برتقالي ، أصفر ، إلخ. عند إشارة مسدس البداية ، يبدأون في الجري في نفس الوقت ، لكن الرياضي "الأحمر" يركض أسرع من البرتقالي. ، "البرتقالي" أسرع من "الأصفر" ، إلخ ، بحيث يتم شدهم في سلسلة يزداد طولها باستمرار. والآن تخيل أننا ننظر إليهم من الأعلى من مثل هذا الارتفاع بحيث لا يمكننا التمييز بين العدائين الفرديين ، لكننا نرى فقط بقعة متنافرة. هل يمكن الحديث عن سرعة حركة هذه البقعة ككل؟ هذا ممكن ، لكن فقط إذا لم يكن ضبابيًا جدًا ، عندما يكون الاختلاف في سرعات العدائين مختلفين الألوان صغيرًا. خلاف ذلك ، قد تمتد البقعة على طول المسار بالكامل ، وستفقد مسألة سرعتها معناها. هذا يتوافق مع تشتت قوي - انتشار كبير للسرعات. إذا كان المتسابقون يرتدون قمصانًا من نفس اللون تقريبًا ، ويختلفون فقط في الظلال (على سبيل المثال ، من الأحمر الداكن إلى الأحمر الفاتح) ، فإن هذا يتوافق مع حالة الطيف الضيق. عندها لن تختلف سرعات المتسابقين كثيرًا ، ستبقى المجموعة مضغوطة تمامًا أثناء الحركة ويمكن أن تتميز بقيمة محددة جيدًا للسرعة ، والتي تسمى سرعة المجموعة.

إحصائيات بوز آينشتاين. هذا هو أحد أنواع ما يسمى بالإحصاءات الكمومية - وهي نظرية تصف حالة الأنظمة التي تحتوي على جدا رقم ضخمالجسيمات تخضع لقوانين ميكانيكا الكم.

جميع الجسيمات - سواء داخل الذرة أو حرة - مقسمة إلى فئتين. بالنسبة لأحدهم ، فإن مبدأ استبعاد باولي صالح ، والذي وفقًا له لا يمكن أن يكون هناك أكثر من جسيم واحد في كل مستوى من مستويات الطاقة. تسمى جزيئات هذه الفئة الفرميونات (وهي الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات ؛ وتشمل نفس الفئة الجسيمات التي تتكون من عدد فردي من الفرميونات) ، ويسمى قانون توزيعها إحصائيات فيرمي ديراك. تسمى جزيئات فئة أخرى البوزونات ولا تخضع لمبدأ باولي: يمكن أن يتراكم عدد غير محدود من البوزونات عند مستوى طاقة واحد. في هذه الحالة يتحدث المرء عن إحصائيات بوز-آينشتاين. تشمل البوزونات الفوتونات ، وبعضها قصير العمر الجسيمات الأولية(على سبيل المثال ، pi-mesons) ، وكذلك الذرات التي تتكون من عدد زوجي من الفرميونات. جدا درجات الحرارة المنخفضةيتم جمع البوزونات عند أدنى مستوى للطاقة - أساسي - ؛ ثم يقال أن تكاثف بوز-آينشتاين يحدث. تفقد ذرات الكُثافة خصائصها الفردية ، وتبدأ عدة ملايين منها في التصرف ككل ، وتندمج وظائفها الموجية ، ويتم وصف السلوك بمعادلة واحدة. هذا يجعل من الممكن القول أن ذرات الكُثافة أصبحت متماسكة ، مثل الفوتونات في إشعاع الليزر. استخدم الباحثون في المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا هذه الخاصية من مكثف بوز-آينشتاين لإنشاء "ليزر ذري" (انظر "العلم والحياة" رقم 10 ، 1997).

الشفافية الذاتية. هذا هو أحد تأثيرات البصريات اللاخطية - بصريات مجالات الضوء القوية. وهو يتألف من حقيقة أن نبضة ضوئية قصيرة وقوية للغاية تمر دون توهين عبر وسط يمتص الإشعاع المستمر أو النبضات الطويلة: يصبح الوسط المعتم شفافًا بالنسبة لها. يتم ملاحظة الشفافية المستحثة ذاتيًا في الغازات المتخلخلة مع مدة نبضة تتراوح بين 10-7-10-8 ثوانٍ وفي الوسائط المكثفة - أقل من 10-11 ثانية. في هذه الحالة ، هناك تأخير في النبض - تقل سرعة مجموعته بشكل كبير. تم توضيح هذا التأثير لأول مرة بواسطة McCall و Hahn في عام 1967 على الياقوت عند درجة حرارة 4 ك.في عام 1970 ، تم الحصول على تأخيرات في بخار الروبيديوم المقابل لسرعات النبض ثلاثة أوامر من حيث الحجم (1000 مرة) أقل من سرعة الضوء في مكنسة كهرباء.

دعنا ننتقل الآن إلى تجربة فريدة 1999. تم تنفيذه من قبل لين ويسترجارد هاو ، زاكاري داتون ، سايروس بيروسي (معهد رولاند) وستيف هاريس (جامعة ستانفورد). قاموا بتبريد سحابة كثيفة من ذرات الصوديوم ممسكة بمجال مغناطيسي حتى انتقلوا إلى الحالة الأرضية - إلى المستوى الذي يحتوي على أقل طاقة. في هذه الحالة ، تم عزل تلك الذرات فقط ، حيث تم توجيه العزم المغناطيسي ثنائي القطب عكس الاتجاه حقل مغناطيسي. ثم قام الباحثون بتبريد السحابة إلى أقل من 435 nK (nanokelvins ، أي 0.000000435 K ، تقريبًا إلى الصفر المطلق).

بعد ذلك ، تمت إضاءة المكثف بـ "حزمة ربط" من ضوء الليزر المستقطب خطيًا بتردد يتوافق مع طاقة الإثارة الضعيفة. انتقلت الذرات إلى أعلى مستوى الطاقةوتوقف عن امتصاص الضوء. نتيجة لذلك ، أصبح المكثف شفافًا لإشعاع الليزر التالي. وهنا ظهرت تأثيرات غريبة جدا وغير عادية. أظهرت القياسات أنه في ظل ظروف معينة ، فإن النبضة التي تمر عبر مكثف بوز-آينشتاين تعاني من تأخير مماثل للضوء الذي يتباطأ بأكثر من سبع مرات من حيث الحجم - 20 مليون مرة. تباطأت سرعة نبضة الضوء إلى 17 م / ث ، وانخفض طولها عدة مرات - حتى 43 ميكرومتر.

يعتقد الباحثون أنه من خلال تجنب التسخين بالليزر للمكثفات ، سيكونون قادرين على إبطاء الضوء أكثر - ربما بسرعة تصل إلى عدة سنتيمترات في الثانية.

إن النظام الذي يتمتع بمثل هذه الخصائص غير العادية سيجعل من الممكن دراسة الخصائص البصرية الكمومية للمادة ، بالإضافة إلى إنشاء أجهزة مختلفة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية في المستقبل ، على سبيل المثال ، مفاتيح الفوتون الواحد.

> سرعة الضوء

اكتشف أي سرعة الضوءفي الفراغ هو ثابت أساسي في الفيزياء. اقرأ ما هي سرعة الضوء م / ث ، القانون ، معادلة القياس.

سرعة الضوء في الفراغهو أحد الثوابت الأساسية في الفيزياء.

مهمة التعلم

• قارن سرعة الضوء بمعامل انكسار الوسط.

النقاط الرئيسية

• أقصى مؤشر ممكن لسرعة الضوء هو الضوء في الفراغ (ثابت).
• C هو رمز سرعة الضوء في الفراغ. يصل إلى 299،792،458 م / ث.
• عندما يصطدم الضوء بوسط ما ، تتباطأ سرعته بسبب الانكسار. محسوبة بالصيغة v = c / n.

شروط

• سرعة الضوء الخاصة: التوفيق بين مبدأ النسبية وثبات سرعة الضوء.
• معامل الانكسار هو نسبة سرعة الضوء في الهواء / الفراغ إلى وسط آخر.

سرعة الضوء

تعمل سرعة الضوء كنقطة مقارنة لتعريف شيء ما بأنه سريع للغاية. ولكن ما هو؟

ينتقل شعاع الضوء من الأرض إلى القمر في الفترة الزمنية المطلوبة لمرور نبضة ضوئية - 1.255 ثانية على مسافة مدارية متوسطة

الجواب بسيط: نحن نتكلمحول سرعة الفوتون وجسيمات الضوء. ما هي سرعة الضوء؟ تصل سرعة الضوء في الفراغ إلى 299،792،458 م / ث. هذا ثابت عالمي ينطبق على مجالات متنوعةالفيزياء.

خذ المعادلة E = mc 2 (E هي طاقة و m كتلة). إنه يعادل كتلة الطاقة ، باستخدام سرعة الضوء لربط المكان والزمان. هنا يمكن للمرء أن يجد ليس فقط تفسيرًا للطاقة ، ولكن أيضًا يكشف عن عقبات السرعة.

تُستخدم سرعة موجة الضوء في الفراغ بنشاط لأغراض مختلفة. على سبيل المثال ، في نظرية خاصةتشير النسبية إلى أن هذا هو حد السرعة الطبيعي. لكننا نعلم أن السرعة تعتمد على الوسط والانكسار:

v = c / n (v هي السرعة الفعلية للضوء الذي يمر عبر الوسط ، c هي سرعة الضوء في الفراغ ، و n هي مؤشر الانكسار). معامل انكسار الهواء 1.0003 ، وسرعة الضوء المرئي 90 كم / ث أبطأ من ج.

معامل لورنتز

تظهر الأجسام سريعة الحركة خصائص معينة تتعارض مع موقف الميكانيكا الكلاسيكية. على سبيل المثال ، الاتصالات الطويلة والوقت آخذان في التوسع. عادة ما تكون هذه التأثيرات ضئيلة ، لكنها تكون أكثر وضوحًا عند السرعات العالية. معامل لورنتز (γ) هو العامل الذي يحدث فيه تمدد الوقت وتقلص الطول:

γ \ u003d (1 - v 2 / s 2) -1/2 γ \ u003d (1 - v 2 / s 2) -1/2 γ \ u003d (1 - v 2 / s 2) -1/2.

عند السرعات المنخفضة ، تقترب v 2 / c 2 من 0 ، و تساوي تقريبًا = 1. ومع ذلك ، عندما تقترب السرعة من c ، تزداد γ نحو اللانهاية.

قبل وقت طويل من قياس العلماء لسرعة الضوء ، كان عليهم العمل بجد لتحديد مفهوم "الضوء" ذاته. كان أرسطو من أوائل الذين فكروا في هذا الأمر ، حيث اعتبر الضوء نوعًا من المواد المتنقلة التي تنتشر في الفضاء. أصر زميله الروماني القديم وأتباعه لوكريتيوس كار على التركيب الذري للضوء.

ل القرن السابع عشرتم تشكيل نظريتين رئيسيتين لطبيعة الضوء - الجسدية والموجة. كان نيوتن من أتباع الأول. في رأيه ، تنبعث جميع مصادر الضوء أصغر الجزيئات. في عملية "الطيران" يشكلون خطوط مضيئة - أشعة. أصر خصمه ، العالم الهولندي كريستيان هيغنز ، على أن الضوء هو شكل من أشكال حركة الموجة.

نتيجة للخلافات المستمرة منذ قرون ، توصل العلماء إلى توافق في الآراء: لكلتا النظريتين الحق في الحياة ، والضوء هو الطيف المرئي للعين. موجات كهرومغناطيسية.

القليل من التاريخ. كيف تم قياس سرعة الضوء؟

كان معظم علماء العصور القديمة مقتنعين بأن سرعة الضوء لا نهائية. ومع ذلك ، فإن نتائج دراسات جاليليو وهوك اعترفت بحدود هذا الحد ، والذي تم تأكيده بوضوح في القرن السابع عشر من قبل عالم الفلك والرياضيات الدنماركي البارز أولاف رومر.

قام بأول قياساته من خلال مراقبة خسوف Io ، وهو قمر صناعي لكوكب المشتري ، في وقت كان فيه المشتري والأرض يقعان على جانبي الشمس. سجل رومر أنه عندما ابتعدت الأرض عن كوكب المشتري على مسافة مساوية لقطر مدار الأرض ، تغير وقت التأخير. كانت القيمة القصوى 22 دقيقة. نتيجة للحسابات ، حصل على سرعة 220.000 كم / ثانية.

بعد خمسين عامًا ، في عام 1728 ، وبفضل اكتشاف الانحراف ، قام عالم الفلك الإنجليزي جيه برادلي "بتحسين" هذا الرقم إلى 308000 كم / ثانية. في وقت لاحق ، تم قياس سرعة الضوء من قبل عالم الفيزياء الفلكية الفرنسي فرانسوا أرغو وليون فوكو ، بعد أن تلقى 298000 كم / ثانية عند "الخرج". تم اقتراح تقنية قياس أكثر دقة من قبل مبتكر مقياس التداخل ، الفيزيائي الأمريكي الشهير ألبرت ميكلسون.

تجربة ميكلسون لتحديد سرعة الضوء

استمرت التجارب من عام 1924 إلى عام 1927 ، وتألفت من 5 سلاسل من الملاحظات. كان جوهر التجربة على النحو التالي. تم تثبيت مصدر ضوء ومرآة ومنشور مثمن دائري على جبل ويلسون بالقرب من لوس أنجلوس ، ومرآة عاكسة بعد 35 كم على جبل سان أنطونيو. أولاً ، سقط الضوء من خلال عدسة وشق على منشور يدور بمساعدة دوار عالي السرعة (بسرعة 528 دورة في الدقيقة).

يمكن للمشاركين في التجارب ضبط سرعة الدوران بحيث تكون صورة مصدر الضوء مرئية بوضوح في العدسة. نظرًا لأن المسافة بين القمم وتواتر الدوران كانت معروفة ، حدد ميكلسون سرعة الضوء - 299796 كم / ثانية.

قرر العلماء أخيرًا سرعة الضوء في النصف الثاني من القرن العشرين ، عندما تم إنشاء أجهزة الليزر والليزر ، والتي تتميز بأعلى استقرار للتردد الإشعاعي. بحلول بداية السبعينيات ، انخفض خطأ القياس إلى 1 كم / ثانية. نتيجة لذلك ، وبناءً على توصية المؤتمر العام الخامس عشر للأوزان والمقاييس ، الذي عقد في عام 1975 ، تقرر اعتبار سرعة الضوء في الفراغ من الآن فصاعدًا تساوي 299.792.458 كم / ثانية.

هل يمكننا الوصول إلى سرعة الضوء؟

من الواضح أن تطور الزوايا البعيدة للكون لا يمكن تصوره دون أن تحلق سفن الفضاء بسرعة كبيرة. يفضل أن يكون بسرعة الضوء. لكن هل هذا ممكن؟

يعتبر حاجز سرعة الضوء أحد نتائج نظرية النسبية. كما تعلم ، فإن زيادة السرعة تتطلب زيادة في الطاقة. تتطلب سرعة الضوء عمليا طاقة لانهائية.

للأسف ، فإن قوانين الفيزياء تعارض هذا بشكل قاطع. بسرعة سفينة فضائيةعند سرعة 300000 كم / ثانية ، تتحول الجسيمات التي تطير باتجاهها ، على سبيل المثال ، ذرات الهيدروجين ، إلى مصدر قاتل للإشعاع القوي يساوي 10000 سيفرت / ثانية. إنه يشبه التواجد داخل مصادم هادرون الكبير.

وفقًا للعلماء في جامعة جونز هوبكنز ، بينما في الطبيعة لا توجد حماية كافية ضد مثل هذا الإشعاع الكوني الوحشي. سيكمل التآكل الناتج عن تأثير الغبار البينجمي تدمير السفينة.

مشكلة أخرى تتعلق بسرعة الضوء هي تمدد الوقت. في الوقت نفسه ، ستصبح الشيخوخة أطول بكثير. سيتم أيضًا تشويه المجال البصري ، ونتيجة لذلك سيمر مسار السفينة كما لو كان داخل نفق ، وفي نهايته سيرى الطاقم وميضًا ساطعًا. خلف السفينة سيبقى ظلام دامس.

لذا في المستقبل القريب ، سيتعين على البشرية أن تحد من "شهيتها" عالية السرعة إلى 10٪ من سرعة الضوء. هذا يعني أن الأمر سيستغرق حوالي 40 عامًا للطيران إلى أقرب نجم إلى الأرض - Proxima Centauri (4.22 سنة ضوئية).

سرعة الضوء في الفراغ - قيمه مطلقهسرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ. في الفيزياء ، يُشار إليه بالحرف اللاتيني ج.
سرعة الضوء في الفراغ ثابت أساسي ، مستقل عن الاختيار نظام بالقصور الذاتيالمرجعي.
بحكم التعريف ، هو بالضبط 299792458 م / ث (قيمة تقريبية 300 ألف كم / ثانية).
وفقا لنظرية النسبية الخاصة ، هو السرعة القصوى لانتشار أي تفاعلات فيزيائية تنقل الطاقة والمعلومات.

كيف يتم تحديد سرعة الضوء؟

تم تحديد سرعة الضوء لأول مرة في 1676 O. K. Römerعن طريق تغيير الفترات الزمنية بين خسوف أقمار المشتري.

في عام 1728 تم تركيبه بواسطة جيه برادلي، بناءً على ملاحظاته عن انحراف الضوء النجمي.

في عام 1849 A.I.L Fizeauكان أول من قام بقياس سرعة الضوء في الوقت الذي يستغرقه الضوء لقطع مسافة معروفة بدقة (القاعدة) ؛ نظرًا لأن معامل الانكسار للهواء يختلف قليلاً جدًا عن 1 ، فإن القياسات الأرضية تعطي قيمة قريبة جدًا من s.
في تجربة Fizeau ، تمت مقاطعة شعاع من الضوء من المصدر S ، المنعكس بواسطة مرآة شبه شفافة N ، بشكل دوري بواسطة قرص مسنن دوار W ، ومر بالقاعدة MN (حوالي 8 كم) ، وانعكس من المرآة M ، وعاد إلى القرص. عندما يصطدم الضوء بالسن ، لم يصل الضوء إلى المراقب ، ويمكن ملاحظة الضوء الذي يسقط في الفجوة بين الأسنان من خلال العدسة.حدد وقت مرور الضوء عبر القاعدة من القرص المعروف سرعات الدوران. حصل Fizeau على القيمة c = 313،300 كم / ثانية.

في عام 1862 جي بي إل فوكوأدركت فكرة D. Arago التي أعرب عنها في عام 1838 ، باستخدام مرآة سريعة الدوران (512 دورة في الدقيقة) بدلاً من قرص مسنن. انعكس شعاع الضوء من المرآة على القاعدة ، وعند عودته ، سقط مرة أخرى على نفس المرآة ، التي كان لديها وقت للالتفاف من خلال زاوية صغيرة معينة. بقاعدة 20 م فقط ، وجد فوكو تلك السرعة الضوء هو 29800080 ± 500 كم / ثانية.تم استخدام المخططات والأفكار الأساسية لتجارب Fizeau و Foucault بشكل متكرر في الأعمال اللاحقة لتحديد s.