Про існування такого поняття як «швидкість світла» багато хто знає ще з раннього дитинства. Але не всі знають докладно про явище.

Багато звертали увагу на те, що під час грози існує затримка між спалахом блискавки і звуком грому. Спалах, як правило, доходить до нас швидше. Це означає, що вона має велику швидкість, ніж звук. З чим це пов'язано? Що таке швидкість світла і як її вимірюють?

Що таке швидкість світла?

Давайте для початку розберемося, що таке швидкість світла. По-науковому, це така величина, яка показує, наскільки швидко переміщаються промені в вакуумі або в повітрі. Також потрібно знати, що таке світло. Це випромінювання, яке сприймається людським оком. Від умов оточення залежить швидкість, а також інші властивості, наприклад, заломлення.

Цікавий факт: Світу потрібно 1,25 секунди, щоб дістатися від Землі до супутника - Місяця.

Що таке швидкість світла своїми словами?

Якщо пояснювати простими словами, швидкість світла - це часовий проміжок, за який світловий промінь проходить якусь відстань. Час прийнято вимірювати в секундах. Однак деякі вчені використовують інші одиниці виміру. Відстань теж вимірюється по-різному. В основному - це метр. Тобто, цю величину вважають в м / с. Фізика пояснює це наступним чином: явище, яке рухається з певною швидкістю (константою).

Щоб легше зрозуміти, давайте розглянемо наступний приклад. Велосипедист рухається зі швидкістю 20 км / ч. Хоче наздогнати водія автомобіля, швидкість якого дорівнює 25 км / год. Якщо порахувати, то авто їде на 5 км / год швидше велосипедиста. З променями світла справи йдуть по-іншому. Як швидко б не рухався перший і другий чоловік, світло, щодо них, рухається з постійною швидкістю.

Чому дорівнює швидкість світла?

При знаходженні не в вакуумі, на світло впливають різні умови. Речовина, через яке проходять промені, в тому числі. Якщо без доступу кисню кількість метрів в секунду не змінюється, то в середовищі з доступом повітря значення змінюється.

Світло проходить повільніше через різні матеріали, такі як скло, вода і повітря. Цьому явищу дано показник заломлення, щоб описати, наскільки вони можуть призвести до затримки світла. Скло має показник заломлення 1,5, це означає, що світло проходить через нього зі швидкістю близько 200 тисяч кілометрів на секунду. Показник заломлення води дорівнює 1,3, а показник заломлення повітря - трохи більше 1, це означає, що повітря лише злегка уповільнює світло.

Отже, після проходження через повітря або рідина, швидкість сповільнюється, стає меншою, ніж у вакуумі. Наприклад, в різних водоймах швидкість пересування променів дорівнює 0.75 від швидкості в космосі. Також при стандартному тиску в 1.01 бар, показник сповільнюється на 1.5-2%. Тобто при земних умовах швидкість світла варіюється в залежності від умов навколишнього середовища.

Для такого явище придумали спеціальне поняття - рефракція. Тобто заломлення світла. Це широко використовується в різних винаходи. Наприклад, рефрактор - телескоп з оптичною системою. Також за допомогою цього також створюють біноклі та іншу техніку, суть роботи якої полягає в використанні оптики.

Загалом, найменше промінь піддається рефракції, проходячи через звичайне повітря. При проходженні через спеціально створене оптичне скло, швидкість дорівнює приблизно 195 тисячам кілометрів в секунду. Це практично на 105 тис км / сек менше константи.

Найточніше значення швидкості світла

Вчені-фізики за багато років накопичили досвід досліджень швидкості світлових променів. На поточний момент найточніше значення швидкості світла - 299 792 кілометри в секунду. Константу встановили в 1933 році. Число актуально до сих пір.

Однак в подальшому з'явилися складнощі з визначенням показника.Це сталося через похибки у вимірі метра. Зараз саме значення метра безпосередньо залежить від швидкості світла. Воно дорівнює відстані, яку промені проходять за певну кількість секунд - 1 / швидкість світла.

Чому дорівнює швидкість світла у вакуумі?

Оскільки в вакуумі на світло не впливають різні умови, то його швидкість не змінюється так, як на Землі. Швидкість світла у вакуумі дорівнює 299 792 кілометрів на секунду. Такий показник є граничним. Вважається, що ніщо в світі не може рухатися швидше, навіть космічні тіла, які рухаються досить швидко.

Наприклад, винищувач, Боїнг Х-43, який перевищує швидкість звуку практично в 10 разів (понад 11 тисяч км / год), летить повільніше, ніж промінь. Останній рухається більш, ніж на 96 тисяч кілометрів на годину швидше.

Як вимірювали швидкість світла?

Найперші вчені намагалися виміряти цю величину. Використовувалися різні методи. У період античності, люди науки вважали, що вона нескінченна, тому неможливо її виміряти. Ця думка залишилося надовго, аж до 16-17 століття. В ті часи з'явилися інші вчені, які припустили, що промінь має кінець, а швидкість можна виміряти.

Відомий астроном з Данії Олаф Ремер вивів знання про швидкість світла на новий рівень. Він зауважив, що затемнення супутника Юпітера спізнюється. Раніше на це ніхто не звертав увагу. Отже, він вирішив порахувати швидкість.

Він висунув приблизну швидкість, яка дорівнювала близько 220 тисячам кілометрів в секунду. Пізніше за дослідження взявся вчений з Англії Джеймс Бредлі. Він хоч і не мав рацію повністю, але злегка наблизився до поточних результатів досліджень.

Через деякий час більшість вчених зацікавилися цією величиною. У дослідженнях брали участь люди науки з різних країн. Однак до 70-х років 20 століття будь-яких грандіозних відкриттів не було. З 1970-х, коли придумали лазери і мазери (квантові генератори), вчені провели дослідження і отримали точну швидкість. Поточне значення актуально з 1983 року. Виправляли лише невеликі похибки.

Досвід Галілея

Вчений з Італії здивував всіх дослідників тих років простотою і геніальністю свого досвіду. Йому вдалося провести вимірювання швидкості світла за допомогою звичайних інструментів, які перебували у нього під рукою.

Він і його помічник піднялися на сусідні пагорби, попередньо розрахувавши відстань між ними. Вони взяли запалені ліхтарі, обладнали їх заслінками, які відкривають і закривають вогні. По черзі, відкриваючи й закриваючи світло, вони намагалися розрахувати швидкість світла. Галілео і помічник заздалегідь знали, з якою затримкою будуть відкривати і закривати світло. Коли один відкрив, то ж робить і інший.

Однак експеримент був провальним. Щоб все вийшло, вченим довелося б стояти на відстані в мільйони кілометрів один від одного.

Досвід Ремер і Бредлі

Про це дослідження вже було коротко написано вище. Це один з найбільш прогресивних дослідів того часу. Ремер використовував знання в астрономії для вимірювання швидкості пересування променів. Відбувалося це в 76 році 17 століття.

Дослідник спостерігав за Іо (супутником Юпітера) через телескоп. Він виявив таку закономірність: чим більше наша планета віддаляється від Юпітера, тим більша затримка в затемненні Іо. Найбільша затримка становила 21-22 хвилини.

Припустивши, що супутник віддаляється на відстань рівне довжині діаметра орбіти, вчений розділив відстань на час. В результаті він отримав 214 тисячі кілометрів в секунду. Хоч це дослідження вважається дуже приблизними, тому що відстань була зразковим, він наблизився до поточного показника.

У 18-му столітті Джеймс Бредлі доповнив дослідження. Для цього він використовував аберацію - зміна положення космічного тіла через рух Землі навколо сонця. Джеймс виміряв кут аберації, і, знаючи швидкість руху нашої планети, він отримав значення в 301 тисячу кілометрів в секунду.

Досвід Фізо

Дослідники і звичайні люди поставилися скептично до досвіду Ремер і Джеймса Бредлі. Незважаючи на це, результати були найближчими до істини і актуальними протягом понад століття. У 19 столітті Арман Фізо - вчений зі столиці Франції, Парижа, зробив внесок у вимір цієї величини. Він використовував спосіб обертового затвора. Також, як і Галілео Галілей зі своїм помічником, Физо не спостерігав за небесними тілами, а досліджував в лабораторних умовах.

Принцип досвіду простий. Промінь світла був спрямований на дзеркало. Відбиваючись від нього, світло проходило через зубці колеса. Потім потрапляв на ще одну відбивну поверхню, яка була розташована на відстані в 8.6 км. Колесо обертали, збільшуючи швидкість, поки промінь не буде видно в наступному зазорі. Після підрахунків, вчений отримав результат 313 тис. Км / сек.

Пізніше дослідження повторив французький фізик і астроном Леон Фуко, отримавши результат 298 тис. Км / сек. Найточніший результат на той час. Пізніше вимірювання проводилися за допомогою лазерів і мазерів.

Чи можлива надсвітлова швидкість?

Існують об'єкти швидше за швидкість світла. Наприклад, сонячні зайчики, тінь, коливання хвиль. Хоча теоретично вони можуть розвинути сверхсветовое швидкість, енергія, яку вони виділяють не співпадатиме з вектором їх руху.

Якщо світловий промінь проходить, наприклад, через скло або воду, то його можуть обігнати електрони. Їх кількість не обмежена в швидкості пересування. Отже, в таких умовах світло не рухається швидше за всіх.

Цей феномен названий ефектом Вавілова - Черенкова. Найчастіше зустрічається в глибоких водоймах і реакторах.