Yorug'likning materiyadagi tezligi qanday? Yorug'lik tezligi nima va u qanday o'lchanadi?

Yorug'lik tezligi elektromagnit to'lqinlarning vakuumda tarqalish tezligining mutlaq qiymatidir. Fizikada u an'anaviy ravishda lotincha "c" harfi ([tse] talaffuzi) bilan belgilanadi. Vakuumdagi yorug'lik tezligi inertial sanoq sistemasini (IFR) tanlashga bog'liq bo'lmagan asosiy konstanta hisoblanadi. Bu nafaqat alohida jismlarni, balki butun fazo-vaqt xususiyatlarini tavsiflovchi asosiy fizik konstantalarni nazarda tutadi. Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, vakuumdagi yorug'lik tezligi zarrachalar harakati va o'zaro ta'sirlarning tarqalishining maksimal tezligidir. Bu qiymatning mutlaq ekanligi ham muhim. Bu SRT ning postulatlaridan biridir.

Vakuumda (bo'shliqda)

1977 yilda 1960 yilgi standart hisoblagich asosida hisoblangan 299 792 458 ± 1,2 m / s ga teng yorug'likning taxminiy tezligini hisoblash mumkin edi. Hozirgi vaqtda yorug'likning vakuumdagi tezligi asosiy fizik konstanta ekanligiga ishoniladi, ta'rifi bo'yicha aniq 299 792 458 m / s yoki taxminan 1 079 252 848,8 km / soat ga teng. Aniq qiymat 1983 yildan boshlab standart hisoblagich yorug'likning vakuumda 1/299 792 458 sekundga teng vaqt oralig'ida o'tadigan masofasi sifatida qabul qilinganligi bilan bog'liq. Yorug'lik tezligi c harfi bilan ifodalanadi.

Mishelsonning SRT uchun asos bo'lgan tajribasi shuni ko'rsatdiki, vakuumdagi yorug'lik tezligi yorug'lik manbasining tezligiga ham, kuzatuvchining tezligiga ham bog'liq emas. Tabiatda quyidagilar yorug'lik tezligida tarqaladi:

haqiqiy ko'rinadigan yorug'lik

elektromagnit nurlanishning boshqa turlari (radio to'lqinlar, rentgen nurlari va boshqalar).

Maxsus nisbiylik nazariyasidan kelib chiqadiki, tinch massaga ega bo'lgan zarrachalarning yorug'lik tezligiga tezlashishi mumkin emas, chunki bu hodisa sabablikning asosiy printsipini buzadi. Ya'ni, signal yorug'lik tezligidan yoki bunday tezlikda massa harakatidan oshib ketishi istisno qilinadi. Biroq, nazariya zarrachalarning fazo-vaqtdagi o'ta yorug'lik tezligida harakatlanishini istisno qilmaydi. Superluminal tezlikda harakatlanuvchi faraziy zarrachalar taxionlar deyiladi. Matematik jihatdan, takionlar Lorentz transformatsiyasiga osongina mos keladi - ular xayoliy massaga ega zarralardir. Bu zarrachalarning tezligi qanchalik yuqori bo'lsa, ular shunchalik kam energiya olib yuradi va aksincha, ularning tezligi yorug'lik tezligiga qanchalik yaqin bo'lsa, ularning energiyasi shunchalik katta bo'ladi - oddiy zarrachalarning energiyasi kabi, taxionlarning energiyasi ham abadiylikka intiladi. ular yorug'lik tezligiga yaqinlashadilar. Bu zarrachaning yorug'lik tezligiga tezlashishiga imkon bermaydigan Lorentz transformatsiyasining eng aniq natijasidir - zarrachaga cheksiz miqdorda energiya berish shunchaki mumkin emas. Shuni tushunish kerakki, birinchidan, taxionlar zarrachalar sinfidir va faqat bitta turdagi zarrachalar emas, ikkinchidan, hech qanday jismoniy o'zaro ta'sir yorug'lik tezligidan tezroq tarqala olmaydi. Bundan kelib chiqadiki, taxionlar sababiylik tamoyilini buzmaydi - ular oddiy zarralar bilan hech qanday tarzda o'zaro ta'sir qilmaydi va ularning o'zaro tezligidagi farq ham yorug'lik tezligiga teng emas.

Yorug'likdan sekinroq harakatlanadigan oddiy zarralar tardyonlar deyiladi. Tardionlar yorug'lik tezligiga erisha olmaydi, faqat unga o'zboshimchalik bilan yaqinlashadi, chunki bu holda ularning energiyasi cheksiz katta bo'ladi. Barcha tardyonlar har doim yorug'lik tezligida harakatlanadigan massasiz fotonlar va gravitonlardan farqli o'laroq, tinch massaga ega.

Plank birliklarida yorug'likning vakuumdagi tezligi 1 ga teng, ya'ni yorug'lik Plank vaqtining birligi uchun 1 birlik Plank uzunligini bosib o'tadi.

Shaffof muhitda

Shaffof muhitdagi yorug'lik tezligi yorug'likning vakuumdan boshqa muhitda tarqalish tezligidir. Dispersiyali muhitda faza va guruh tezliklari farqlanadi.

Faza tezligi muhitdagi monoxromatik yorug'likning chastotasi va to'lqin uzunligi bilan bog'liq (l=c/n). Bu tezlik odatda (lekin shart emas) c dan kam. Vakuumdagi yorug'likning faza tezligining muhitdagi yorug'lik tezligiga nisbati muhitning sindirish ko'rsatkichi deyiladi. Muvozanat muhitidagi yorug'likning guruh tezligi har doim c dan kichik. Biroq, muvozanatsiz muhitda u c dan oshishi mumkin. Biroq, bu holda, impulsning oldingi qirrasi hali ham vakuumdagi yorug'lik tezligidan oshmaydigan tezlikda harakat qiladi.

Armand Hippolyte Lui Fizo yorug'lik nuriga nisbatan muhitning harakati ham ushbu muhitda yorug'likning tarqalish tezligiga ta'sir ko'rsatishga qodir ekanligini eksperimental ravishda isbotladi.

Yorug'likning maksimal tezligi haqidagi postulatni inkor etish

So'nggi yillarda kvant teleportatsiyasida o'zaro ta'sir yorug'lik tezligidan tezroq tarqalishi haqida tez-tez xabarlar paydo bo'ldi. Masalan, 2008 yil 15 avgustda Jeneva universitetidan doktor Nikolas Gisinning tadqiqot guruhi kosmosda 18 km ga ajratilgan bog'langan foton holatlarini o'rganib, go'yoki "zarralar orasidagi o'zaro ta'sirlar taxminan yuz ming marta tezlikda sodir bo'lishini ko'rsatdi. Sveta tezligidan kattaroq". Ilgari, Hartman paradoksi deb ataladigan narsa - tunnel effekti bilan superlyuminal tezlik ham muhokama qilingan.

Ushbu va shunga o'xshash natijalarning ahamiyatini ilmiy tahlil qilish shuni ko'rsatadiki, ulardan hech qanday signal yoki materiyaning harakatini o'ta yorug'lik uzatish uchun printsipial ravishda ishlatib bo'lmaydi.

Yorug'lik tezligini o'lchash tarixi

Qadimgi olimlar, kamdan-kam istisnolardan tashqari, yorug'lik tezligini cheksiz deb hisoblashgan. Hozirgi zamonda bu masala bahs mavzusiga aylandi. Galiley va Guk juda katta bo'lsa-da, uning chekli ekanligini tan oldilar, Kepler, Dekart va Fermat esa yorug'lik tezligining cheksizligini himoya qildilar.

Yorug'lik tezligining birinchi bahosini Olaf Roemer (1676) bergan. U Yer va Yupiter Quyoshning qarama-qarshi tomonlarida joylashganida, Yupiterning Io sun’iy yo‘ldoshining tutilishi hisob-kitoblarga qaraganda 22 daqiqaga kechikishini payqagan. Bundan u yorug'lik tezligi uchun taxminan 220 000 km / sek qiymatni oldi - noto'g'ri, lekin haqiqatga yaqin. Yarim asr o'tgach, aberratsiyaning kashf etilishi yorug'lik tezligining cheksizligini tasdiqlash va uning bahosini yaxshilash imkonini berdi.

Yorug'lik optik fizikaning asosiy tushunchalaridan biridir. Yorug'lik - bu inson ko'zi uchun ochiq bo'lgan elektromagnit nurlanish.

Ko'p o'n yillar davomida eng yaxshi aqllar yorug'lik qanday tezlikda harakatlanishini va u nimaga teng ekanligini aniqlash muammosi bilan, shuningdek, unga hamroh bo'lgan barcha hisob-kitoblar bilan kurashdilar. 1676 yilda fiziklar orasida inqilob sodir bo'ldi. Ole Roemer ismli daniyalik astronom yorug'lik koinot bo'ylab cheksiz tezlikda tarqaladi degan da'voni rad etdi.

1676 yilda Ole Roemer yorug'likning vakuumdagi tezligi ekanligini aniqladi 299792458 m/s.

Qulaylik uchun bu raqam yaxlitlana boshladi. 300 000 m/s nominal qiymati bugungi kunda ham qo'llaniladi.

Biz uchun normal sharoitda bu qoida istisnosiz barcha ob'ektlarga, jumladan, rentgen nurlari, yorug'lik va ko'zimiz uchun seziladigan spektrning tortishish to'lqinlariga tegishli.

Optikani o'rganuvchi zamonaviy fiziklar yorug'lik tezligi bir nechta xususiyatlarga ega ekanligini isbotladilar:

• doimiylik;
• erishib bo'lmaydigan;
• a'zo.

Turli ommaviy axborot vositalarida yorug'lik tezligi

Shuni esda tutish kerakki, jismoniy doimiylik to'g'ridan-to'g'ri uning muhitiga, ayniqsa sinishi ko'rsatkichiga bog'liq. Shu munosabat bilan, aniq qiymat o'zgarishi mumkin, chunki u chastotalar bilan belgilanadi.

Yorug'lik tezligini hisoblash formulasi quyidagicha yoziladi s = 3 * 10 ^ 8 m / s.

Rassomning "yorug'lik tezligi" ga sakrab chiqayotgan kosmik kemasi tasviri. Kredit: NASA/Glenn tadqiqot markazi.

Qadim zamonlardan beri faylasuflar va olimlar yorug'likni tushunishga harakat qilishgan. Uning asosiy xususiyatlarini (ya'ni, zarracha yoki to'lqinmi va hokazo) aniqlashga harakat qilishdan tashqari, ular qanchalik tez harakat qilishini chekli o'lchovlarni ham bajarishga harakat qildilar. 17-asrning oxiridan boshlab olimlar buni aniq va aniqroq qilishmoqda.

Shunday qilib, ular yorug'lik mexanikasini va uning fizika, astronomiya va kosmologiyada qanday muhim rol o'ynashini yaxshiroq tushunishdi. Oddiy qilib aytganda, yorug'lik aql bovar qilmaydigan tezlikda tarqaladi va koinotdagi eng tez harakatlanuvchi ob'ektdir. Uning tezligi doimiy va o'tib bo'lmaydigan to'siq bo'lib, masofa o'lchovi sifatida ishlatiladi. Ammo u qanchalik tez harakat qilmoqda?

Yorug'lik tezligi (s):

Nur 1 079 252 848,8 km/soat (1,07 mlrd) doimiy tezlikda harakat qiladi. Bu 299 792 458 m/s ni tashkil qiladi. Keling, hamma narsani o'z o'rniga qo'yaylik. Agar siz yorug'lik tezligida sayohat qila olsangiz, dunyo bo'ylab soniyada etti yarim marta aylana olasiz. Ayni paytda, o'rtacha 800 km/soat tezlikda uchadigan odamga sayyorani aylanib chiqish uchun 50 soatdan ko'proq vaqt kerak bo'ladi.

Yorug'lik Yer va Quyosh o'rtasidagi masofani ko'rsatadigan rasm. Kredit: LucasVB/Public Domain.

Keling, buni astronomik nuqtai nazardan ko'rib chiqaylik, o'rtacha masofa 384 398,25 km. Shuning uchun yorug'lik bu masofani taxminan bir soniyada bosib o'tadi. Ayni paytda, o'rtacha 149,597,886 km, ya'ni yorug'lik bu sayohatni amalga oshirish uchun atigi 8 daqiqa vaqt oladi.

Nega yorug'lik tezligi astronomik masofalarni aniqlash uchun ishlatiladigan ko'rsatkich ekanligi ajablanarli emas. , kabi yulduz bizdan 4,25 yorug'lik yili uzoqlikda, deganda, biz 1,07 milliard km/soat doimiy tezlikda sayohat qilish uchun u erga taxminan 4 yil 3 oy vaqt ketishini nazarda tutamiz. Ammo biz yorug'lik tezligi uchun juda aniq qiymatga qanday erishdik?

O'qish tarixi:

17-asrgacha olimlar yorug'likning cheklangan tezlikda yoki bir lahzada harakatlanishiga ishonch hosil qilishgan. Qadimgi yunonlar davridan to o‘rta asrlar islom ilohiyotchilari va zamonaviy olimlarigacha bahs-munozaralar bo‘lib kelgan. Ammo daniyalik astronom Ole Roemerning (1644-1710) ishi paydo bo'lgunga qadar, unda birinchi miqdoriy o'lchovlar amalga oshirildi.

1676 yilda Römer Yupiterning eng ichki yo'ldoshi Ioning davrlari Yer Yupiterga yaqinlashganda, u uzoqlashganiga qaraganda qisqaroq ko'rinishini kuzatdi. Bundan u yorug'lik cheklangan tezlikda harakat qiladi va Yer orbitasining diametrini kesib o'tish uchun taxminan 22 daqiqa vaqt ketadi degan xulosaga keldi.

Professor Albert Eynshteyn 1934-yil 28-dekabrda Karnegi Texnologiya Institutida Joziya Uillard Gibbsning 11-maʼruzasida u materiya va energiya turli shakllarda bir xil narsa ekanligi haqidagi nazariyasini tushuntirdi. Kredit: AP fotosurati

Kristian Gyuygens bu taxmindan foydalangan va uni Yer orbitasining diametrini taxmin qilish bilan birlashtirib, 220 000 km/s ga yetgan. Isaak Nyuton, shuningdek, 1706 yilgi "Optika" asarida Roemerning hisob-kitoblari haqida xabar bergan. Yer va Quyosh o‘rtasidagi masofani moslashtirib, u yorug‘lik biridan ikkinchisiga yetti yoki sakkiz minut o‘tishini hisoblab chiqdi. Ikkala holatda ham nisbatan kichik xatolik yuz berdi.

Keyinchalik frantsuz fiziklari Hippolyte Fizeau (1819-1896) va Léon Foucault (1819-1868) tomonidan o'tkazilgan o'lchovlar bu raqamlarni aniqlab, 315 000 km / s ga olib keldi. 19-asrning ikkinchi yarmiga kelib, olimlar yorug'lik va elektromagnetizm o'rtasidagi bog'liqlikdan xabardor bo'lishdi.

Bunga fiziklar elektromagnit va elektrostatik zaryadlarni o'lchash orqali erishdilar. Keyin ular raqamli qiymat yorug'lik tezligiga (Fizeau tomonidan o'lchangan) juda yaqin ekanligini aniqladilar. Nemis fizigi Vilgelm Eduard Veber elektromagnit to‘lqinlarning bo‘sh fazoda tarqalishini ko‘rsatgan o‘z ishiga asoslanib, yorug‘lik elektromagnit to‘lqin ekanligini taklif qildi.

Keyingi katta yutuq 20-asrning boshlarida sodir bo'ldi. Albert Eynshteyn o'zining "Harakatlanuvchi jismlarning elektrodinamikasi to'g'risida" nomli maqolasida doimiy tezlikka ega bo'lgan kuzatuvchi tomonidan o'lchanadigan vakuumdagi yorug'lik tezligi barcha inertial sanoq sistemalarida bir xil ekanligini va uning harakatidan mustaqil ekanligini ta'kidlaydi. manba yoki kuzatuvchi.

Bir stakan suv orqali porlayotgan lazer nuri havodan stakanga suvga va yana havoga o'tganda qancha o'zgarishlarga duchor bo'lishini ko'rsatadi. Kredit: Bob King.

Ushbu bayonot va Galileyning nisbiylik printsipidan asos qilib, Eynshteyn maxsus nisbiylik nazariyasini yaratdi, bunda vakuumdagi yorug'lik tezligi (c) asosiy konstanta hisoblanadi. Bundan oldin olimlar o'rtasidagi kelishuv bo'sh joy "yorqin efir" bilan to'ldirilganligi, uning tarqalishi uchun javobgar bo'lgan, ya'ni. harakatlanuvchi muhit orqali harakatlanadigan yorug'lik muhitning dumida harakat qiladi.

Bu, o'z navbatida, yorug'likning o'lchanadigan tezligi uning muhit orqali tezligining oddiy yig'indisiga va shu muhit tezligiga teng bo'lishini anglatadi. Biroq, Eynshteyn nazariyasi statsionar efir tushunchasini foydasiz qilib qo'ydi va fazo va vaqt tushunchasini o'zgartirdi.

U nafaqat yorug'lik tezligi barcha inersial tizimlarda bir xil bo'ladi degan fikrni ilgari surdi, balki narsalar yorug'lik tezligiga yaqin harakat qilganda katta o'zgarishlar sodir bo'lishini ham taklif qildi. Bularga harakatlanuvchi jismning sekinlashayotgandek ko'rinadigan fazo-vaqt doirasi va o'lchov kuzatuvchi nuqtai nazaridan bo'lganda harakat yo'nalishi (ya'ni, yorug'lik tezligiga yaqinlashganda vaqt sekinlashishi relativistik vaqt kengayishi) kiradi. .

Uning kuzatishlari, shuningdek, Maksvellning elektr va magnitlanish tenglamalari mexanika qonunlari bilan mos keladi, boshqa olimlarning bir-biriga bog'liq bo'lmagan dalillaridan qochib, matematik hisoblarni soddalashtiradi va yorug'lik tezligini bevosita kuzatish bilan mos keladi.

Modda va energiya qanchalik o'xshash?

20-asrning ikkinchi yarmida lazer interferometrlari va rezonans bo'shliqlari yordamida tobora aniqroq o'lchovlar yorug'lik tezligini baholashni yanada aniqladi. 1972 yilga kelib Kolorado shtatining Boulder shahridagi AQSh Milliy standartlar byurosi guruhi lazer interferometriyasidan foydalanib, hozirda qabul qilingan 299 792 458 m/s qiymatga erishdi.

Zamonaviy astrofizikadagi roli:

Eynshteynning vakuumdagi yorug'lik tezligi manbaning harakatiga va kuzatuvchining inertial sanoq tizimiga bog'liq emasligi haqidagi nazariyasi o'shandan beri ko'plab tajribalar bilan tasdiqlangan. Shuningdek, u barcha massasiz zarralar va to'lqinlar (jumladan, yorug'lik) vakuumda harakat qilish tezligining yuqori chegarasini belgilaydi.

Buning natijalaridan biri shundaki, kosmologiyalar endi fazo va vaqtni kosmik vaqt deb nomlanuvchi yagona tuzilma sifatida ko'rishadi, bunda yorug'lik tezligi ikkalasining qiymatini aniqlash uchun ishlatilishi mumkin (ya'ni yorug'lik yillari, yorug'lik daqiqalari va yorug'lik soniyalari). Yorug'lik tezligini o'lchash ham Olam kengayishining tezlashishini aniqlashda muhim omil bo'lishi mumkin.

1920-yillarning boshlarida, Lemaitr va Xabblning kuzatishlari bilan olimlar va astronomlar olamning kelib chiqish nuqtasidan kengayib borayotganini bilishdi. Xabbl shuningdek, galaktika qanchalik uzoqda bo'lsa, u shunchalik tez harakat qilishini payqadi. Endi Xabbl doimiysi deb ataladigan narsa koinotning kengayish tezligi bo'lib, u megaparsek uchun 68 km/s ga teng.

Koinot qanchalik tez kengaymoqda?

Nazariya sifatida taqdim etilgan bu hodisa, ba'zi galaktikalar haqiqatda yorug'lik tezligidan tezroq harakatlanishi mumkinligini anglatadi, bu bizning koinotimizda kuzatayotgan narsalarimizga cheklov qo'yishi mumkin. Aslini olganda, yorug'lik tezligidan tezroq harakatlanadigan galaktikalar endi bizga ko'rinmaydigan "kosmologik hodisalar ufqini" kesib o'tadi.

Bundan tashqari, 1990-yillarga kelib, uzoq galaktikalarning qizil siljishi o'lchovlari koinotning kengayishi so'nggi bir necha milliard yil ichida tezlashayotganini ko'rsatdi. Bu "qorong'u energiya" nazariyasiga olib keldi, bu erda ko'rinmas kuch kosmosning kengayishiga unda harakatlanadigan jismlar emas, balki (yorug'lik tezligiga cheklov qo'ymasdan yoki nisbiylikni buzmasdan) o'zi harakat qiladi.

Maxsus va umumiy nisbiylik bilan bir qatorda, vakuumdagi yorug'lik tezligining zamonaviy qiymati kosmologiya, kvant mexanikasi va zarralar fizikasining standart modelidan paydo bo'ldi. Massasiz zarralar harakatlanishi mumkin bo'lgan yuqori chegaraga kelganda u doimiy bo'lib qoladi va massali zarralar uchun erishib bo'lmaydigan to'siq bo'lib qoladi.

Biz, ehtimol, qachondir yorug'lik tezligidan oshib ketish yo'lini topamiz. Bu qanday sodir bo'lishi haqida amaliy g'oyalarimiz yo'q bo'lsa-da, texnologiyadagi "aqlli pullar" bizga fazoviy vaqt qonunlarini aylanib o'tishga imkon beradi, yoki burish pufakchalari (aka. Alcubierre warp drive) yoki u orqali tunnel o'tkazish (aka. qurt teshiklari).

Chuvalchang teshiklari nima?

Ungacha biz ko'rayotgan koinotdan mamnun bo'lishimiz va an'anaviy usullar yordamida erishish mumkin bo'lgan qismni o'rganishimiz kerak bo'ladi.

Siz o'qigan maqolaning nomi "Yorug'lik tezligi qanday?".

Qanday o'lchash kerakligi, shuningdek, yorug'lik tezligi qanday mavzu olimlarni qadim zamonlardan beri qiziqtirgan. Bu juda qiziqarli mavzu bo'lib, qadimdan ilmiy munozaralar ob'ekti bo'lib kelgan. Bunday tezlik cheklangan, erishib bo'lmaydigan va doimiy ekanligiga ishoniladi. U cheksizlik kabi erishib bo'lmaydigan va doimiydir. Shu bilan birga, u cheklangan. Bu qiziqarli jismoniy va matematik jumboq bo'lib chiqadi. Ushbu muammoni hal qilish uchun bitta variant mavjud. Axir, yorug'lik tezligi hali ham o'lchangan.

Qadim zamonlarda mutafakkirlar bunga ishonishgan yorug'lik tezligi- bu cheksiz miqdor. Ushbu ko'rsatkichning birinchi bahosi 1676 yilda berilgan. Olaf Roemer. Uning hisob-kitoblariga ko'ra, yorug'lik tezligi taxminan 220 ming km / s edi. Bu mutlaqo aniq qiymat emas edi, lekin haqiqatga yaqin edi.

Cheklanganlik va yorug'lik tezligini baholash yarim asrdan keyin tasdiqlandi.

Kelajakda olim Fizeau Nurni aniq masofani bosib o'tish uchun nurning tezligini aniqlash mumkin edi.

U tajriba o'tkazdi (rasmga qarang), uning davomida yorug'lik nuri S manbadan chiqib, 3-oynada aks ettirilgan, tishli disk 2 bilan uzilib, asosdan (8 km) o'tib ketgan. Keyin u 1-oynada aks ettirilgan va diskka qaytarilgan. Yorug'lik tishlar orasidagi bo'shliqqa tushdi va uni okulyar 4 orqali kuzatish mumkin edi. Nurning taglik bo'ylab harakat qilish vaqti diskning aylanish tezligiga qarab aniqlandi. Fizeau tomonidan olingan qiymat: c = 313300 km / s edi.

Har qanday muayyan muhitda nurning tarqalish tezligi vakuumdagi bu tezlikdan kamroq. Bundan tashqari, turli moddalar uchun bu ko'rsatkich turli qiymatlarni oladi. Bir necha yildan keyin Fuko diskni tez aylanadigan oyna bilan almashtirdi. Ushbu olimlarning izdoshlari ularning usullari va tadqiqot loyihalarini qayta-qayta ishlatgan.

Linzalar optik asboblarning asosi hisoblanadi. Bu qanday hisoblanganini bilasizmi? Siz bizning maqolalarimizdan birini o'qib bilib olishingiz mumkin.

Bunday linzalardan tashkil topgan optik ko'rishni qanday o'rnatish haqida ma'lumotni topishingiz mumkin. Bizning materialimizni o'qing va sizda mavzu bo'yicha savollaringiz bo'lmaydi.

Vakuumdagi yorug'lik tezligi qanday?

Yorug'lik tezligining eng aniq o'lchovi soatiga 1 079 252 848,8 kilometr yoki 299 792 458 m/s. Bu raqam faqat vakuumda yaratilgan sharoitlar uchun amal qiladi.

Ammo muammolarni hal qilish uchun odatda indikator ishlatiladi 300 000 000 m/s. Vakuumda Plank birliklarida yorug'lik tezligi 1 ga teng. Shunday qilib, yorug'lik energiyasi Plank vaqtining 1 birligida 1 Plank uzunlik birligini yuradi. Agar tabiiy sharoitda vakuum hosil bo'lsa, u holda rentgen nurlari, ko'rinadigan spektrdagi yorug'lik to'lqinlari va tortishish to'lqinlari shunday tezlikda harakatlanishi mumkin.

Olimlar orasida massali zarralar yorug'lik tezligiga imkon qadar yaqin tezlikni olishi mumkinligi haqida aniq fikr mavjud. Ammo ular ko'rsatkichga erisha olmaydi va undan oshib ketmaydi. Yorug'lik tezligiga yaqin bo'lgan eng yuqori tezlik kosmik nurlarni o'rganish paytida va tezlatgichlarda ma'lum zarrachalarning tezlashishi paytida qayd etilgan.

Har qanday muhitdagi yorug'lik tezligi ushbu muhitning sinishi ko'rsatkichiga bog'liq.

Turli chastotalar uchun bu ko'rsatkich boshqacha bo'lishi mumkin. Miqdorni aniq o'lchash boshqa jismoniy parametrlarni hisoblash uchun muhimdir. Masalan, optik diapazonda, radarda, yorug'lik diapazonida va boshqa joylarda yorug'lik yoki radio signallarining o'tishi paytida masofani aniqlash.

Zamonaviy olimlar yorug'lik tezligini aniqlash uchun turli usullardan foydalanadilar. Ba'zi mutaxassislar astronomik usullardan, shuningdek, eksperimental texnologiyadan foydalangan holda o'lchash usullaridan foydalanadilar. Yaxshilangan Fizeau usuli juda tez-tez ishlatiladi. Bunday holda, tishli g'ildirak yorug'lik nurini zaiflashtiradigan yoki to'xtatadigan yorug'lik modulyatori bilan almashtiriladi. Bu erda qabul qiluvchi fotoelektrik multiplikator yoki fotoseldir. Yorug'lik manbai lazer bo'lishi mumkin, bu o'lchov xatosini kamaytirishga yordam beradi. Yorug'lik tezligini aniqlash Bazadan o'tish vaqtiga ko'ra, u to'g'ridan-to'g'ri yoki bilvosita usullar yordamida amalga oshirilishi mumkin, bu ham aniq natijalarga erishishga imkon beradi.

Yorug'lik tezligini hisoblash uchun qanday formulalar qo'llaniladi?

1. Vakuumda yorug'likning tarqalish tezligi mutlaq qiymatdir. Fiziklar uni "c" harfi bilan belgilaydilar. Bu hisobot tizimini tanlashga bog'liq bo'lmagan va umuman vaqt va makonni tavsiflovchi asosiy va doimiy qiymatdir. Olimlar bu tezlikni zarrachalar harakatining maksimal tezligi deb hisoblashadi.

   Yorug'lik tezligi formulasi vakuumda:

   s = 3 * 10^8 = 299792458 m/s

   bu erda c - vakuumdagi yorug'lik tezligining ko'rsatkichi.

2. Olimlar buni isbotladilar havodagi yorug'lik tezligi vakuumdagi yorug'lik tezligiga deyarli to'g'ri keladi. Uni quyidagi formula yordamida hisoblash mumkin:

epigraf
O'qituvchi so'raydi: Bolalar, dunyodagi eng tezkor narsa nima?
Tanechka aytadi: Eng tezkor so'z. Men shunchaki aytdim, siz qaytib kelmaysiz.
Vanechka aytadi: Yo'q, yorug'lik eng tezdir.
Men kalitni bosganimdan so'ng, xona darhol yorug' bo'ldi.
Va Vovochka e'tirozlari: Dunyodagi eng tez narsa diareya.
Bir paytlar shunchalik sabrsiz edimki, indamadim
Hech narsa deyishga yoki chiroqni yoqishga vaqtim yo'q edi.

Nima uchun yorug'lik tezligi bizning koinotimizda maksimal, chekli va doimiy ekanligi haqida hech o'ylab ko'rganmisiz? Bu juda qiziq savol va men darhol spoyler sifatida unga javobning dahshatli sirini beraman - buning sababini hech kim bilmaydi. Yorug'lik tezligi olinadi, ya'ni. ruhiy jihatdan qabul qilingan doimiy uchun va shu postulatga, shuningdek, barcha inertial sanoq sistemalari teng degan g'oyaga asoslanib, Albert Eynshteyn o'zining maxsus nisbiylik nazariyasini yaratdi, u yuz yildan beri olimlarni bezovta qilib, Eynshteynga tilini yopishtirdi. dunyoga jazosiz va butun insoniyatga ekkan cho'chqaning o'lchamlari ustidan o'z qabrida tirjaydi.

Lekin nima uchun, aslida, bu doimiy, maksimal va yakuniy, javob yo'q, bu faqat aksioma, ya'ni. e'tiqodga asoslangan, kuzatishlar va sog'lom fikr bilan tasdiqlangan, ammo mantiqiy yoki matematik jihatdan hech qanday joydan chiqarib bo'lmaydigan bayonot. Va bu unchalik to'g'ri emasligi ehtimoldan yiroq, ammo hech kim buni hech qanday tajriba bilan rad eta olmadi.

Bu masala bo'yicha mening o'z fikrlarim bor, ular haqida keyinroq batafsilroq ma'lumotga egaman, ammo hozircha oddiy bo'lib qolaylik, barmoqlaringizda™ Men kamida bitta qismga javob berishga harakat qilaman - yorug'lik tezligi "doimiy" nimani anglatadi.

Yo'q, yorug'lik tezligida uchayotgan raketada faralarni yoqsangiz nima bo'lishi haqida o'ylash tajribalari bilan sizni zeriktirmayman va hokazo, bu hozir mavzudan biroz chetda.

Agar siz ma'lumotnoma yoki Vikipediyaga qarasangiz, vakuumdagi yorug'lik tezligi asosiy jismoniy doimiylik sifatida aniqlanadi. aynan 299 792 458 m/s ga teng. Xo'sh, ya'ni, taxminan, taxminan 300 000 km / s bo'ladi, lekin agar aniq to'g'ri- soniyasiga 299 792 458 metr.

Ko'rinib turibdiki, bunday aniqlik qaerdan keladi? Har qanday matematik yoki fizik doimiy, nima bo'lishidan qat'iy nazar, hatto Pi, hatto tabiiy logarifmning asosi ham e, hatto tortishish doimiysi G yoki Plank doimiysi h, har doim bir qismini o'z ichiga oladi kasrdan keyingi raqamlar. Pi-da bu kasrlarning taxminan 5 trillioni hozirda ma'lum (garchi faqat birinchi 39 ta raqam har qanday jismoniy ma'noga ega), bugungi kunda tortishish doimiysi G ~ 6,67384(80)x10 -11 va doimiy Plank sifatida aniqlanadi. h~ 6,62606957(29)x10 -34 .

Yorug'likning vakuumdagi tezligi silliq 299 792 458 m/s, bir santimetr ko‘p emas, nanosekund ham kam emas. Bu aniqlik qayerdan kelganini bilmoqchimisiz?

Hammasi odatdagidek qadimgi yunonlar bilan boshlangan. Ilm-fan, so'zning zamonaviy ma'nosida, ular orasida mavjud emas edi. Qadimgi Yunoniston faylasuflarini faylasuflar deb atashgan, chunki ular avval boshlarida qandaydir axloqsizlikni oʻylab topishgan, keyin esa mantiqiy xulosalar (baʼzan haqiqiy fizik tajribalar) yordamida buni isbotlashga yoki inkor etishga harakat qilganlar. Biroq, haqiqiy hayotdagi jismoniy o'lchovlar va hodisalardan foydalanish ular tomonidan "ikkinchi darajali" dalil deb hisoblangan, ularni bevosita boshdan olingan birinchi darajali mantiqiy xulosalar bilan taqqoslab bo'lmaydi.

Yorug'likning o'z tezligi borligi haqida birinchi o'ylagan odam faylasuf Empidokl hisoblanadi, u yorug'lik harakatdir, harakat esa tezlikka ega bo'lishi kerak, deb ta'kidlagan. Unga Aristotel e'tiroz bildirgan, u yorug'lik shunchaki tabiatdagi biror narsaning mavjudligini ta'kidlagan va bu hammasi. Va hech narsa hech qayoqqa siljimaydi. Ammo bu boshqa narsa! Evklid va Ptolemey, odatda, yorug'lik bizning ko'zlarimizdan chiqariladi, so'ngra narsalarga tushadi va shuning uchun biz ularni ko'ramiz, deb ishonishgan. Xulosa qilib aytganda, qadimgi yunonlar xuddi o'sha qadimgi rimliklar tomonidan zabt etilgunga qadar imkon qadar ahmoq edilar.

O'rta asrlarda ko'pchilik olimlar yorug'likning tarqalish tezligi cheksiz ekanligiga ishonishni davom ettirdilar, ular orasida Dekart, Kepler va Fermat bor edi.

Ammo Galiley kabi ba'zilar yorug'lik tezligiga ega va shuning uchun uni o'lchash mumkinligiga ishonishgan. Chiroqni yoqib, Galileydan bir necha kilometr uzoqlikda joylashgan yordamchiga yorug'lik bergan Galileyning tajribasi ko'pchilikka ma'lum. Yordamchi yorug'likni ko'rib, chiroqni yoqdi va Galiley bu daqiqalar orasidagi kechikishni o'lchashga harakat qildi. Tabiiyki, u muvaffaqiyatga erisha olmadi va oxir-oqibat u o'z asarlarida agar yorug'lik tezligi bo'lsa, u nihoyatda yuqori va inson sa'y-harakatlari bilan o'lchanib bo'lmaydi, shuning uchun uni cheksiz deb hisoblash mumkinligini yozishga majbur bo'ldi.

Yorug'lik tezligini hujjatlashtirilgan birinchi o'lchov 1676 yilda daniyalik astronom Olaf Roemerga tegishli. Bu yilga kelib, o'sha Galileyning teleskoplari bilan qurollangan astronomlar Yupiterning sun'iy yo'ldoshlarini faol ravishda kuzatdilar va hatto ularning aylanish davrlarini hisoblab chiqdilar. Olimlar Yupiterga eng yaqin bo'lgan Io yo'ldoshining aylanish davri taxminan 42 soat ekanligini aniqlashdi. Biroq, Roemer ba'zida Io Yupiter orqasidan kutilganidan 11 daqiqa oldin, ba'zan esa 11 daqiqadan keyin paydo bo'lishini payqadi. Ma'lum bo'lishicha, Io Yer Quyosh atrofida aylanib, Yupiterga minimal masofada yaqinlashganda va Yer orbitaning qarama-qarshi joyida bo'lganda 11 daqiqaga ortda qoladigan davrlarda paydo bo'ladi va shuning uchun undan uzoqroqda bo'ladi. Yupiter.

Er orbitasining diametrini (va o'sha kunlarda u ko'proq yoki kamroq ma'lum bo'lgan) 22 daqiqaga ahmoqona bo'lib, Roemer yorug'lik tezligini 220 000 km / s ni oldi va haqiqiy qiymatni uchdan biriga yo'qotdi.

1729 yilda ingliz astronomi Jeyms Bredli kuzatgan parallaks(joylashuvda bir oz og'ish bilan) yulduz Etamin (Gamma Draconis) ta'sirni aniqladi yorug'lik aberatsiyasi, ya'ni. Yerning Quyosh atrofidagi harakati tufayli osmondagi bizga eng yaqin yulduzlarning joylashuvining o'zgarishi.

Bredli tomonidan kashf etilgan yorug'lik aberratsiyasining ta'siridan, shuningdek, yorug'likning cheklangan tarqalish tezligi bor, degan xulosaga kelish mumkin, Bredli uni qo'lga kiritdi va uni taxminan 301 000 km / s deb hisobladi, bu allaqachon 1% aniqlikda. qiymati bugungi kunda ma'lum.

Buning ortidan boshqa olimlar tomonidan barcha aniqlovchi o'lchovlar amalga oshirildi, ammo yorug'lik to'lqin ekanligi va to'lqin o'z-o'zidan tarqala olmaydi, deb ishonilganligi sababli, biror narsani "hayajonlantirish" kerak, "hayajonlanish" kerak. nurli efir" paydo bo'ldi, uning kashfiyoti amerikalik fizik Albert Mishelson tomonidan muvaffaqiyatsizlikka uchradi. U hech qanday nurli efirni kashf etmadi, lekin 1879 yilda yorug'lik tezligini 299,910±50 km / s ga aniqladi.

Taxminan bir vaqtning o'zida Maksvell o'zining elektromagnetizm nazariyasini e'lon qildi, ya'ni yorug'lik tezligini nafaqat to'g'ridan-to'g'ri o'lchash, balki elektr va magnit o'tkazuvchanlik qiymatlaridan ham olish mumkin bo'ldi, bu qiymatni aniqlashtirish orqali amalga oshirildi. 1907 yilda yorug'lik tezligi 299,788 km / s ga etdi.

Nihoyat, Eynshteyn vakuumdagi yorug'lik tezligi doimiy va hech narsaga bog'liq emasligini e'lon qildi. Aksincha, qolgan hamma narsa - tezliklarni qo'shish va to'g'ri mos yozuvlar tizimlarini topish, yuqori tezlikda harakat qilishda vaqt kengayishi va masofalarning o'zgarishi effektlari va boshqa ko'plab relativistik effektlar yorug'lik tezligiga bog'liq (chunki u barcha formulalarga kiritilgan doimiy). Xulosa qilib aytganda, dunyodagi hamma narsa nisbiydir va yorug'lik tezligi bizning dunyomizdagi barcha narsalar nisbiy bo'lgan miqdordir. Bu erda, ehtimol, biz kaftni Lorentzga berishimiz kerak, lekin keling, savdogar bo'lmaylik, Eynshteyn - Eynshteyn.

Ushbu konstantaning qiymatini aniq aniqlash 20-asr davomida davom etdi, har o'n yillikda olimlar tobora ko'proq narsani topdilar. kasrdan keyin raqamlar yorug'lik tezligida, ularning boshlarida noaniq shubhalar paydo bo'lguncha.

Vakuumda yorug'lik sekundiga necha metr masofani bosib o'tishini aniqroq va aniqroq aniqlagan olimlar, biz nimani metr bilan o'lchayapmiz? Oxir-oqibat, bir metr Parij yaqinidagi muzeyda kimdir unutib qo'ygan platina-iridiy tayoqchasining uzunligidir!

Va dastlab standart hisoblagichni joriy qilish g'oyasi ajoyib tuyuldi. Hovlilar, oyoqlar va boshqa egilishlar bilan azoblanmaslik uchun frantsuzlar 1791 yilda Parij orqali o'tadigan meridian bo'ylab Shimoliy qutbdan ekvatorgacha bo'lgan masofaning o'n milliondan bir qismini standart o'lchov sifatida olishga qaror qilishdi. Ular bu masofani o'sha paytda mavjud bo'lgan aniqlik bilan o'lchab, platina-iridiy (aniqrog'i, avval guruch, keyin platina, keyin esa platina-iridiy) qotishmasidan tayoq quyishdi va uni xuddi shu Parij O'lchovlar va O'lchovlar Palatasiga qo'yishdi. namuna. Qanchalik uzoqqa borsak, shunchalik ma'lum bo'ladiki, er yuzasi o'zgaradi, qit'alar deformatsiyalanadi, meridianlar siljiydi va ular o'n milliondan bir qismini unutib, tayoqning uzunligini bir metr deb hisoblashni boshladilar. Parij "maqbarasi" ning billur tobutida yotadi.

Bunday butparastlik haqiqiy olimga to'g'ri kelmaydi, bu Qizil maydon (!) emas va 1960 yilda hisoblagich tushunchasini mutlaqo aniq ta'rifga soddalashtirishga qaror qilindi - metr o'tish orqali chiqarilgan 1 650 763,73 to'lqin uzunligiga to'liq teng. vakuumdagi Kripton-86 elementining qo'zg'atilmagan izotopining 2p10 va 5d5 energiya darajalari orasidagi elektronlar. Xo'sh, qanchalik aniq?

Bu 23 yil davom etdi, vakuumdagi yorug'lik tezligi ortib borayotgan aniqlik bilan o'lchandi, 1983 yilgacha, hatto eng o'jar retrogradlar ham yorug'lik tezligi qandaydir emas, balki eng aniq va ideal doimiy ekanligini tushunishdi. kripton izotopi. Va hamma narsani teskari aylantirishga qaror qilindi (aniqrog'i, agar o'ylab ko'rsangiz, hamma narsani teskari aylantirishga qaror qilindi), endi yorug'lik tezligi Bilan Haqiqiy konstanta, metr esa yorug'likning vakuumda (1/299,792,458) sekundda o'tadigan masofasidir.

Bugungi kunda yorug'lik tezligining haqiqiy qiymatiga oydinlik kiritish davom etmoqda, ammo qiziq tomoni shundaki, har bir yangi tajribada olimlar yorug'lik tezligini emas, balki metrning haqiqiy uzunligini aniqlaydilar. Kelgusi o'n yilliklarda yorug'lik tezligi qanchalik aniq bo'lsa, biz oxir-oqibat aniqroq hisoblagichga ega bo'lamiz.

Va aksincha emas.

Xo'sh, endi qo'ylarimizga qaytaylik. Nima uchun koinotimizning vakuumidagi yorug'lik tezligi maksimal, cheklangan va doimiy? Men buni shunday tushunaman.

Metalldagi va deyarli har qanday qattiq jismdagi tovush tezligi havodagi tovush tezligidan ancha yuqori ekanligini hamma biladi. Buni tekshirish juda oson, qulog'ingizni temir yo'lga qo'ying, shunda siz yaqinlashib kelayotgan poyezdning tovushlarini havodan ancha oldinroq eshitishingiz mumkin bo'ladi. Nega bunday? Ko'rinib turibdiki, tovush mohiyatan bir xil bo'lib, uning tarqalish tezligi muhitga, bu muhit qaysi molekulalarning konfiguratsiyasiga, uning zichligiga, kristall panjarasining parametrlariga bog'liq - qisqasi. tovush uzatiladigan muhitning hozirgi holati.

Yorqin efir g'oyasi uzoq vaqtdan beri tark etilgan bo'lsa-da, elektromagnit to'lqinlar tarqaladigan vakuum, bizga qanchalik bo'sh tuyulmasin, mutlaqo hech narsa emas.

Men o'xshatish biroz uzoq ekanligini tushunaman, lekin bu to'g'ri barmoqlaringizda™ bir xil! Aniq o'xshashlik sifatida va hech qanday tarzda bir jismoniy qonunlar to'plamidan boshqalarga to'g'ridan-to'g'ri o'tish sifatida men sizdan faqat elektromagnit (va umuman, har qanday, shu jumladan glyuon va tortishish) tebranishlarning tarqalish tezligini tasavvur qilishingizni so'rayman. xuddi po'latdagi tovush tezligi relsga "tikilgan" kabi. Bu erdan biz raqsga tushamiz.

UPD: Aytgancha, men "yulduzcha bilan o'qiydiganlarni" yorug'lik tezligi "qiyin vakuumda" o'zgarmasligini tasavvur qilish uchun taklif qilaman. Masalan, 10–30 K haroratli energiyalarda vakuum virtual zarrachalar bilan shunchaki qaynashni to'xtatadi va "qaynab keta boshlaydi", ya'ni. fazoning matolari parchalanadi, Plank miqdorlari xiralashadi va jismoniy ma'nosini yo'qotadi va hokazo. Bunday vakuumdagi yorug'lik tezligi hali ham teng bo'larmidi c, yoki bu haddan tashqari tezlikda Lorentz koeffitsientlari kabi tuzatishlar bilan "relativistik vakuum" ning yangi nazariyasining boshlanishini anglatadimi? Bilmayman, bilmayman, buni vaqt ko'rsatadi...