Od davnina su filozofi i učenjaci nastojali razumjeti svjetlost. Osim pokušaja razlučivanja njegovih osnovnih svojstava (tj. Od čega je izrađena - čestica ili val itd.), Oni su također pokušavali izvršiti konačna mjerenja koliko brzo putuje. Od kraja 17. stoljeća, znanstvenici rade upravo to i to sa sve većom točnošću.
Na taj način su stekli bolje razumijevanje mehanike svjetla i važne uloge koju ona igra u fizici, astronomiji i kosmologiji. Jednostavno rečeno, svjetlost se kreće nevjerojatnom brzinom i stvar je najbrže pokretna u Svemiru. Njegova se brzina smatra stalnom i neraskidivom barijerom, a koristi se kao sredstvo za mjerenje udaljenosti. Ali koliko brzo putuje?
Brzina svjetlosti (c):
Svjetlost putuje konstantnom brzinom od 1,079,252,848,8 (1,07 milijardi) km na sat. To radi na 299.792.458 m / s, odnosno oko 670.616.629 mph (miljama na sat). Da biste to gledali u perspektivu, ako biste mogli putovati brzinom svjetlosti, mogli biste u jednoj sekundi zaobići globus oko sedam i pol puta. U međuvremenu, osobi koja leti prosječnom brzinom od oko 800 km / h, trebalo bi 50 sati da kruži planetom samo jednom.
Da biste to stavili u astronomsku perspektivu, prosječna udaljenost od Zemlje do Mjeseca iznosi 384.398,25 km (238.854 milja). Tako svjetlost prijeđe tu udaljenost u sekundi. U međuvremenu, prosječna udaljenost od Sunca do Zemlje iznosi ~ 149.597.886 km (92.955.817 milja), što znači da je za svjetlost potrebno oko 8 minuta.
Stoga se ne čudi zašto je brzina svjetlosti metrika koja se koristi za određivanje astronomskih udaljenosti. Kada kažemo da je zvijezda poput Proxime Centauri udaljena 4,25 svjetlosnih godina, mi kažemo da će trebati - putovati konstantnom brzinom od 1,07 milijardi km na sat (670,616,629 mph) - oko 4 godine i 3 mjeseca da bi se tamo stigla. Ali samo kako smo došli do ovog vrlo specifičnog mjerenja za "brzinu svjetlosti"?
Povijest studija:
Do 17. stoljeća, znanstvenici nisu bili sigurni je li svjetlost putovala konačnom brzinom ili trenutno. Od dana drevnih Grka do srednjovjekovnih islamskih učenjaka i znanstvenika ranog modernog razdoblja, rasprava je išla naprijed i natrag. Prvo je kvantitativno mjerenje učinio danski astronom Øle Rømer (1644-1710).
Godine 1676. Rømer je primijetio da su razdoblja Jupiterovog najdubljeg mjeseca Io izgledala kraća kada se Zemlja približava Jupiteru nego kad se ona povlačila iz nje. Iz toga je zaključio da svjetlost putuje ograničenom brzinom i procijenio je da joj treba oko 22 minute da pređe promjer Zemljine orbite.
Christiaan Huygens koristio je ovu procjenu i kombinirao je s procjenom promjera Zemljine orbite kako bi dobio procjenu od 220 000 km / s. Isaac Newton također je u svojim seminarskim radovima govorio o Rømerovim proračunima Opticks (1706). Podešavajući udaljenost između Zemlje i Sunca, izračunao je da će trebati svjetlost sedam ili osam minuta da se pređe s jedne na drugu. U oba slučaja isključena su razmjerno mala marža.
Kasnija mjerenja koja su izvršili francuski fizičari Hippolyte Fizeau (1819. - 1896.) i Léon Foucault (1819. - 1868.) dodatno su rafinirali ta mjerenja - što je rezultiralo vrijednošću od 315 000 km / s (192,625 mi / s). I do druge polovice 19. stoljeća, znanstvenici su postali svjesni povezanosti svjetla i elektromagnetizma.
To su postigli fizičari koji su mjerili elektromagnetske i elektrostatičke naboje, koji su tada otkrili da je brojčana vrijednost vrlo bliska brzini svjetlosti (mjereno Fizeauom). Na temelju vlastitog rada, koji je pokazao da se elektromagnetski valovi šire u praznom prostoru, njemački fizičar Wilhelm Eduard Weber predložio je da svjetlost bude elektromagnetski val.
Sljedeći veliki proboj dogodio se početkom 20. stoljeća / U svom djelu iz 1905., pod naslovom „O elektrodinamičnosti pokretnih tijela ”, Albert Einstein je tvrdio da je brzina svjetlosti u vakuumu, mjerena promatračem koji ne ubrzava, ista u svim inercijalnim referentnim okvirima i neovisna o kretanju izvora ili promatrača.
Koristeći ovaj i Galileov princip relativnosti kao osnovu, Einstein je izvukao Teoriju posebne relativnosti u kojoj brzina svjetlosti u vakuumu (c) bila je temeljna konstanta. Prije toga, radni konsenzus znanstvenika smatrao je da je prostor ispunjen "svjetlosnim eterom" koji je bio odgovoran za njegovo širenje - tj. Da bi svjetlost koja putuje kroz pokretni medij bila povučena zajedno s medijem.
To je zauzvrat značilo da će izmjerena brzina svjetlosti biti jednostavna svota njegove brzine kroz medij plus brzina od taj medij. Međutim, Einsteinova teorija učinkovito je koncept stacionarnog etera učinila beskorisnim i revolucionizirala koncepte prostora i vremena.
Ne samo da je napredovala ideja da je brzina svjetlosti jednaka u svim inercijalnim referentnim okvirima, već je uvela i ideju da se velike promjene događaju kada se stvari kreću u blizini brzine svjetlosti. To uključuje okvir vremenskog prostora pokretnog tijela koje se čini da usporava i sužava se u smjeru gibanja ako se mjeri u promatračkom okviru (tj. Dilatacija vremena, pri čemu se vrijeme usporava kako se približava brzina svjetlosti).
Njegova su zapažanja također uskladila Maxwell-ove jednadžbe za elektricitet i magnetizam sa zakonima mehanike, pojednostavio matematičke proračune izvodeći vanjska objašnjenja koja su koristili drugi znanstvenici i slagao se s izravno promatranom brzinom svjetlosti.
Tijekom druge polovice 20. stoljeća, sve preciznija mjerenja pomoću laserskih inferometara i tehnika rezonancije šupljine poboljšala bi procjenu brzine svjetlosti. Do 1972. godine, grupa pri Nacionalnom uredu za normizaciju SAD-a u Boulderu, Colorado, koristila je tehniku laserskog inferometara za dobivanje trenutno priznate vrijednosti od 299,792,458 m / s.
Uloga u modernoj astrofizici:
Einsteinova teorija da brzina svjetlosti u vakuumu nije ovisna o gibanju izvora, a inercijalni referentni okvir promatrača od tada kontinuirano potvrđuje u mnogim eksperimentima. Također postavlja gornju granicu brzina kojom sve čestice i valovi bez mase (uključujući svjetlost) mogu putovati u vakuumu.
Jedna od posljedica toga je da kozmolozi sada prostor i vrijeme tretiraju kao jedinstvenu, jedinstvenu strukturu poznatu kao prostor - vrijeme u kojoj se brzina svjetlosti može koristiti za definiranje vrijednosti za obje (npr. "Svjetlosne godine", "svjetlosne minute" i "Lagane sekunde"). Mjerenje brzine svjetlosti također je postalo glavni faktor pri određivanju brzine kozmičkog širenja.
Već u 1920-ima, promatranjem Lemaitrea i Hubblea, znanstvenici i astronomi postali su svjesni da se svemir širi od točke nastanka. Hubble je također primijetio da što je udaljenija galaksija, to se brže čini da se kreće. U onome što se danas naziva Parametar Hubble, brzina kojom se Svemir širi izračunava se na 68 km / s po megaparseku.
Taj fenomen, za koji se teoretizira da znači da bi se neke galaksije doista mogle kretati brže od brzine svjetlosti, može ograničiti ono što je promatrano u našem Svemiru. U osnovi, galaksije koje putuju brže od brzine svjetlosti prelazile bi "kozmološki događaj", gdje nam više nisu vidljive.
Također, 1990-ih, mjerenja crvenog pomaka udaljenih galaksija pokazala su da se širenje Svemira ubrzava zadnjih nekoliko milijardi godina. To je dovelo do teorija poput "Tamne energije", gdje neviđena sila pokreće širenje samog prostora umjesto predmeta koji se kreću kroz njega (na taj način ne postavljajući ograničenja na brzinu svjetlosti ili kršeći relativnost).
Uz posebnu i opću relativnost, suvremena vrijednost brzine svjetlosti u vakuumu prelazila je u informiranje o kozmologiji, kvantnoj fizici i standardnom modelu fizike čestica. Ostaje konstanta kada govorimo o gornjoj granici do koje čestice bez masi mogu putovati i ostaje nedostižna barijera za čestice koje imaju masu.
Možda ćemo jednog dana pronaći način da prekoračimo brzinu svjetlosti. Iako nemamo praktičnih ideja kako se to može dogoditi, čini se da pametni novac stoji na tehnologijama koje će nam omogućiti da zaobiđemo zakone svemira, bilo stvaranjem warp mjehurića (aka. Alcubierre Warp Drive), bilo tunelom kroz njega ( aka. crvotočine).
Do tog vremena tek ćemo se morati zadovoljiti Svemirom koji možemo vidjeti i istražiti se onim dijelom koji je dostupan uobičajenim metodama.
O Space Magazinu napisali smo mnoge članke o brzini svjetlosti. Evo kako je brzina svjetlosti ?, Kako se galaksije kreću brže od svjetlosti? Kako svemir može putovati brže od brzine svjetlosti? I razbijanje brzine svjetlosti.
Evo cool kalkulatora koji vam omogućuje pretvoriti mnogo različitih jedinica za brzinu svjetlosti, a evo i kalkulatora relativnosti, u slučaju da želite putovati gotovo brzinom svjetlosti.
Astronomy Cast također ima epizodu koja se bavi pitanjima o brzini svjetlosti - Pitanja Prikaži: Relativnost, Relativnost i više Relativnost.
izvori:
- Wikipedia - brzina svjetlosti
- Fizika svemira - brzina svjetlosti i princip relativnosti
- NASA - Kolika je brzina svjetlosti?
- Galileo i Einstein - brzina svjetlosti
