ما مدى سرعة انتقال الضوء في الفراغ

سرعة الضوء في الفراغ هي مؤشر يستخدم على نطاق واسع في الفيزياء وفي وقت واحد جعل من الممكن إجراء عدد من الاكتشافات ، وكذلك شرح طبيعة العديد من الظواهر. هناك العديد من النقاط المهمة التي يجب دراستها لفهم الموضوع وفهم كيف وتحت أي ظروف تم اكتشاف هذا المؤشر.

ما هي سرعة الضوء

تعتبر سرعة انتشار الضوء في الفراغ قيمة مطلقة تعكس سرعة انتشار الإشعاع الكهرومغناطيسي. يستخدم على نطاق واسع في الفيزياء وله ترميز على شكل حرف لاتيني صغير "s" (يُشار إليه باسم "tse").

في الفراغ ، تُستخدم سرعة الضوء لتحديد مدى سرعة تحرك الجسيمات المختلفة.

وفقًا لمعظم الباحثين والعلماء ، فإن سرعة الضوء في الفراغ هي أقصى سرعة ممكنة لحركة الجسيمات وانتشار أنواع مختلفة من الإشعاع.

أما أمثلة الظواهر فهي:

1. ضوء مرئي من أي مصدر.
2. جميع أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي (مثل الأشعة السينية وموجات الراديو).
3. موجات الجاذبية (تختلف آراء بعض الخبراء هنا).

يمكن أن تنتقل أنواع كثيرة من الجسيمات بسرعة تقترب من سرعة الضوء ، لكنها لا تصل إليها أبدًا.

القيمة الدقيقة لسرعة الضوء

يحاول العلماء منذ سنوات عديدة تحديد سرعة الضوء ، ولكن تم إجراء قياسات دقيقة في السبعينيات من القرن الماضي. في النهاية كان المؤشر 299.792.458 م / ث بحد أقصى للانحراف +/- 1.2 م. اليوم هي وحدة فيزيائية ثابتةبما أن المسافة بالمتر هي 1 / 299،792،458 من الثانية ، فهذا هو الوقت الذي يستغرقه الضوء في الفراغ ليقطع 100 سم.

علمي صيغة لتحديد سرعة الضوء.

لتبسيط العمليات الحسابية ، تم تبسيط المؤشر إلى 300.000.000 م / ث (3 × 108 م / ث). من المألوف للجميع في مسار الفيزياء في المدرسة ، حيث يتم قياس السرعة بهذا الشكل.

الدور الأساسي لسرعة الضوء في الفيزياء

هذا المؤشر هو أحد المؤشرات الرئيسية ، بغض النظر عن النظام المرجعي المستخدم في الدراسة. لا يعتمد على حركة مصدر الموجة ، وهو أمر مهم أيضًا.

افترض ألبرت أينشتاين الثبات في عام 1905. حدث هذا بعد أن طرح عالم آخر ، ماكسويل ، الذي لم يجد دليلاً على وجود الأثير المضيء ، نظرية حول الكهرومغناطيسية.

يعتبر التأكيد على أن التأثير السببي لا يمكن نقله بسرعة تتجاوز سرعة الضوء اليوم معقولًا تمامًا.

على فكرة! لا ينكر الفيزيائيون أن بعض الجسيمات يمكن أن تتحرك بسرعة تتجاوز المؤشر المدروس. ومع ذلك ، لا يمكن استخدامها لنقل المعلومات.

مراجع تاريخية

لفهم ميزات الموضوع ومعرفة كيفية اكتشاف ظواهر معينة ، يجب على المرء دراسة تجارب بعض العلماء. في القرن التاسع عشر ، تم إجراء العديد من الاكتشافات التي ساعدت العلماء فيما بعد ، وكانت تتعلق بشكل أساسي بالتيار الكهربائي وظاهرة الحث المغناطيسي والكهرومغناطيسي.

تجارب جيمس ماكسويل

أكد بحث الفيزيائي تفاعل الجسيمات عن بعد. بعد ذلك ، سمح هذا لويلهلم ويبر بتطوير نظرية جديدة للكهرومغناطيسية. أنشأ ماكسويل أيضًا ظاهرة المجالات المغناطيسية والكهربائية بوضوح وقرر أنهما يمكن أن يولد كل منهما الآخر ، مكونًا موجات كهرومغناطيسية. كان هذا العالم هو أول من بدأ في استخدام التسمية "s" ، والتي لا يزال الفيزيائيون يستخدمونها في جميع أنحاء العالم.

بفضل هذا ، بدأ معظم الباحثين بالفعل في الحديث عن الطبيعة الكهرومغناطيسية للضوء. ماكسويل ، أثناء دراسته لسرعة انتشار الإثارة الكهرومغناطيسية ، توصل إلى استنتاج مفاده أن هذا المؤشر يساوي سرعة الضوء ، في وقت واحد فوجئ بهذه الحقيقة.

بفضل بحث ماكسويل ، أصبح من الواضح أن الضوء والمغناطيسية والكهرباء ليست مفاهيم منفصلة. تحدد هذه العوامل معًا طبيعة الضوء ، لأنها مزيج من مجال مغناطيسي وكهربائي ينتشر في الفضاء.

مخطط انتشار الموجات الكهرومغناطيسية.

ميكلسون وتجربته في إثبات قطعية سرعة الضوء

في بداية القرن الماضي ، استخدم معظم العلماء مبدأ غاليليو للنسبية ، والذي من خلاله كان يُعتقد أن قوانين الميكانيكا لم تتغير ، بغض النظر عن الإطار المرجعي المستخدم. لكن في الوقت نفسه ، وفقًا للنظرية ، يجب أن تتغير سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية عندما يتحرك المصدر. هذا يتعارض مع كل من افتراضات نظرية جاليليو وماكسويل ، والتي كانت سبب بدء البحث.

في ذلك الوقت ، كان معظم العلماء يميلون إلى "نظرية الأثير" ، والتي بموجبها لا تعتمد المؤشرات على سرعة مصدرها ، وكان العامل الرئيسي المحدد هو سمات البيئة.

اكتشف ميكلسون أن سرعة الضوء لا تعتمد على اتجاه القياس.

نظرًا لأن الأرض تتحرك في الفضاء الخارجي في اتجاه معين ، فإن سرعة الضوء ، وفقًا لقانون إضافة السرعات ، ستختلف عند قياسها في اتجاهات مختلفة. لكن ميكلسون لم يجد أي اختلاف في انتشار الموجات الكهرومغناطيسية ، بغض النظر عن الاتجاه الذي تم فيه إجراء القياسات.

لم تستطع نظرية الأثير تفسير وجود القيمة المطلقة ، مما أظهر مغالطتها بشكل أفضل.

نظرية النسبية الخاصة لألبرت أينشتاين

قدم عالم شاب في ذلك الوقت نظرية تتعارض مع أفكار معظم الباحثين. وفقًا لذلك ، يتمتع الزمان والمكان بهذه الخصائص التي تضمن ثبات سرعة الضوء في الفراغ ، بغض النظر عن الإطار المرجعي المختار. هذا يفسر التجارب غير الناجحة لميشلسون ، حيث أن سرعة انتشار الضوء لا تعتمد على حركة مصدره.

[tds_council] التأكيد غير المباشر لصحة نظرية أينشتاين كان "نسبية التزامن" ، جوهرها مبين في الشكل. [/ tds_council]

مثال على كيفية تأثير موقع الشخص على إدراكه لانتشار الضوء.

كيف تم قياس سرعة الضوء من قبل؟

تم إجراء محاولات لتحديد هذا المؤشر من قبل الكثيرين ، ولكن بسبب انخفاض مستوى تطور العلم ، كان القيام بذلك يمثل مشكلة في السابق. وهكذا ، اعتقد علماء العصور القديمة أن سرعة الضوء كانت لانهائية ، ولكن فيما بعد شكك العديد من الباحثين في هذه الفرضية ، مما أدى إلى عدد من المحاولات لتحديدها:

1. استخدم جاليليو المصابيح الكاشفة. لحساب سرعة انتشار موجات الضوء ، كان هو ومساعده على التلال ، وتم تحديد المسافة بينهما بالضبط. ثم فتح أحد المشاركين الفانوس ، وكان على الثاني أن يفعل الشيء نفسه بمجرد أن يرى الضوء. لكن هذه الطريقة لم تعطِ نتائج بسبب السرعة العالية لانتشار الموجة وعدم القدرة على تحديد الفاصل الزمني بدقة.
2. لاحظ أولاف رومر ، عالم الفلك من الدنمارك ، ميزة أثناء مراقبة كوكب المشتري. عندما كانت الأرض والمشتري في نقطتين متعاكستين في مداريهما ، كان خسوف Io (قمر كوكب المشتري) متأخرًا 22 دقيقة مقارنةً بالكوكب نفسه. وبناء على ذلك خلص إلى أن سرعة انتشار موجات الضوء ليست لانهائية ولها حدود. وبحسب حساباته ، كان الرقم يقارب 220 ألف كيلومتر في الثانية.
   تحديد سرعة الضوء حسب Roemer.
3. في نفس الفترة تقريبًا اكتشف عالم الفلك الإنجليزي جيمس برادلي ظاهرة انحراف الضوء ، وذلك بسبب حركة الأرض حول الشمس ، وكذلك بسبب دورانها حول محورها ، مما أدى إلى موقع النجوم في السماء. والمسافة بينها تتغير باستمرار.بسبب هذه الميزات ، تصف النجوم القطع الناقص خلال كل عام. بناءً على الحسابات والملاحظات ، حسب الفلكي السرعة ، كانت 308000 كم في الثانية.
   انحراف الضوء
4. كان لويس فيزو أول من قرر تحديد المؤشر الدقيق من خلال تجربة معملية. قام بتركيب زجاج بسطح مرآة على مسافة 8633 مترًا من المصدر ، ولكن نظرًا لأن المسافة صغيرة ، كان من المستحيل إجراء حسابات زمنية دقيقة. ثم قام العالم بإعداد عجلة مسننة ، والتي تغطي الضوء بشكل دوري بالأسنان. من خلال تغيير سرعة العجلة ، حدد Fizeau السرعة التي لم يتح للضوء فيها الوقت للانزلاق بين الأسنان والعودة مرة أخرى. وبحسب حساباته ، كانت السرعة 315 ألف كيلومتر في الثانية.
   تجربة لويس فيزو.

قياس سرعة الضوء

ويمكن القيام بذلك بعدة طرق. لا يستحق تحليلها بالتفصيل ، فكل منها يتطلب مراجعة منفصلة. لذلك ، من الأسهل فهم الأصناف:

1. القياسات الفلكية. هنا ، غالبًا ما يتم استخدام طرق Roemer و Bradley ، نظرًا لأنها أثبتت فعاليتها وخصائص الهواء والماء وغيرها من ميزات البيئة لا تؤثر على الأداء. في ظل ظروف فراغ الفضاء ، تزداد دقة القياس.
2. صدى التجويف أو تأثير التجويف - هذا هو اسم ظاهرة الموجات المغناطيسية الدائمة منخفضة التردد التي تنشأ بين سطح الكوكب والأيونوسفير. باستخدام صيغ وبيانات خاصة من معدات القياس ، ليس من الصعب حساب قيمة سرعة الجسيمات في الهواء.
3. قياس التداخل - مجموعة من طرق البحث تتكون فيها عدة أنواع من الموجات.ينتج عن هذا تأثير تداخل ، مما يجعل من الممكن إجراء العديد من القياسات لكل من الاهتزازات الكهرومغناطيسية والصوتية.

بمساعدة المعدات الخاصة ، يمكن إجراء القياسات دون استخدام تقنيات خاصة.

هل السرعة الفائقة ممكنة؟

بناءً على نظرية النسبية ، فإن فائض المؤشر بواسطة الجسيمات المادية ينتهك مبدأ السببية. لهذا السبب ، من الممكن نقل الإشارات من المستقبل إلى الماضي والعكس صحيح. لكن في الوقت نفسه ، لا تنكر النظرية احتمال وجود جسيمات تتحرك بشكل أسرع ، بينما تتفاعل مع المواد العادية.

هذا النوع من الجسيمات يسمى تاكيون. كلما تحركوا بشكل أسرع ، قلت الطاقة التي يحملونها.

درس بالفيديو: تجربة فيزو. قياس سرعة الضوء. الصف 11 الفيزياء.

سرعة الضوء في الفراغ قيمة ثابتة ؛ العديد من الظواهر في الفيزياء مبنية عليها. أصبح تعريفه علامة فارقة جديدة في تطور العلم ، حيث أتاح شرح العديد من العمليات وتبسيط عدد من الحسابات.