Işık boşlukta hangi hıza ulaşır? Işığın hızı nasıl ölçüldü ve gerçek değeri nedir?
Işık hızı bugüne kadar bilinen en sıra dışı ölçüm miktarıdır. Işığın yayılması olayını açıklamaya çalışan ilk kişi Albert Einstein'dı. Tanınmış formülü bulan oydu e = mc² , Nerede e vücudun toplam enerjisidir, M- kütle ve C— ışığın boşluktaki hızı.
Formül ilk kez 1905 yılında Annalen der Physik dergisinde yayımlandı. Aynı sıralarda Einstein, mutlak hızla hareket eden bir cisme ne olacağına dair bir teori ortaya attı. Işık hızının sabit bir miktar olduğu gerçeğinden yola çıkarak uzay ve zamanın değişmesi gerektiği sonucuna vardı.
Böylece ışık hızında bir cisim sonsuza kadar küçülecek, kütlesi sonsuz bir şekilde artacak ve zaman adeta duracaktır.
1977 yılında ışığın hızını hesaplamak mümkün oldu; saniyede 299.792.458 ± 1,2 metre olarak bir rakam verildi. Daha kaba hesaplamalar için her zaman 300.000 km/s değeri varsayılır. Tüm diğerleri bu değerden itilir uzay boyutları. Konsept bu şekilde ışık yılları" ve "parsek" (3,26 ışıkyılı).
Işık hızında hareket etmek, hatta üstesinden gelmek bile imkansızdır. İle en azından, Açık bu aşamada insanlığın gelişimi. Öte yandan bilimkurgu yazarları yaklaşık 100 yıldır romanlarının sayfalarında bu sorunu çözmeye çalışıyorlar. Belki bir gün bilim kurgu gerçeğe dönüşecektir, çünkü 19. yüzyılda Jules Verne bir helikopterin, bir uçağın ve elektrikli sandalyenin ortaya çıkacağını öngörmüştü ve o zaman bu tamamen bilim kurguydu!
Işık hızı, ışığın birim zamanda kat ettiği mesafedir. Bu değer ışığın yayıldığı maddeye bağlıdır.
Boşlukta ışığın hızı 299.792.458 m/s'dir. Bu, ulaşılabilecek en yüksek hızdır. Özel doğruluk gerektirmeyen problemlerin çözümünde bu değer 300.000.000 m/s olarak alınır. Her türlü elektromanyetik radyasyonun boşlukta ışık hızında yayıldığı varsayılmaktadır: radyo dalgaları, kızılötesi radyasyon, görünür ışık, ultraviyole radyasyon, x-ışınları, gama radyasyonu. Bir harfle belirtilir İle .
Işığın hızı nasıl belirlendi?
Antik çağda bilim adamları ışığın hızının sonsuz olduğuna inanıyorlardı. Daha sonra bilim adamları arasında bu konu üzerinde tartışmalar başladı. Kepler, Descartes ve Fermat eski bilim adamlarının görüşlerine katılıyorlardı. Galileo ve Hooke, ışığın hızı çok yüksek olmasına rağmen yine de sınırlı bir değere sahip olduğuna inanıyorlardı.
Galileo Galilei
Işık hızını ölçmeye çalışan ilk kişilerden biri İtalyan bilim adamı Galileo Galilei'ydi. Deney sırasında kendisi ve asistanı farklı tepelerdeydi. Galileo fenerinin kapağını açtı. Asistan bu ışığı gördüğü anda aynı işlemleri feneriyle yapmak zorunda kaldı. Işığın Galileo'dan asistana gidip geri gelmesi için geçen süre o kadar kısa çıktı ki Galileo, ışığın hızının çok yüksek olduğunu ve ışık çok hızlı ilerlediği için bu kadar kısa bir mesafede bunu ölçmenin imkansız olduğunu fark etti. Neredeyse anında. Ve kaydettiği süre yalnızca kişinin tepkisinin hızını gösteriyor.
Işığın hızı ilk kez 1676'da Danimarkalı gökbilimci Olaf Roemer tarafından belirlendi. astronomik mesafeler. Jüpiter'in uydusu Io'nun tutulmasını gözlemlemek için bir teleskop kullanarak, Dünya Jüpiter'den uzaklaştıkça sonraki her tutulmanın hesaplanandan daha geç gerçekleştiğini keşfetti. Dünya'nın Güneş'in diğer tarafına geçip Jüpiter'den Dünya yörüngesinin çapına eşit bir mesafede uzaklaşması sırasındaki maksimum gecikme 22 saattir. O dönemde Dünya'nın kesin çapı bilinmese de bilim adamı bunun yaklaşık değerini 22 saate bölerek yaklaşık 220.000 km/s değerini elde etti.
Olaf Roemer
Roemer'in elde ettiği sonuç bilim adamları arasında güvensizliğe neden oldu. Ancak 1849'da Fransız fizikçi Armand Hippolyte Louis Fizeau, dönen deklanşör yöntemini kullanarak ışığın hızını ölçtü. Deneyinde, bir kaynaktan gelen ışık, dönen bir tekerleğin dişleri arasından geçerek bir aynaya yönlendirildi. Ondan yansıyarak geri döndü. Tekerleğin dönüş hızı arttı. Belli bir değere ulaştığında aynadan yansıyan ışın, hareket eden bir diş tarafından geciktirildi ve gözlemci o anda hiçbir şey görmedi.
Fizeau'nun deneyimi
Fizeau ışığın hızını hesapladı Aşağıdaki şekilde. Işık yoluna gider L direksiyondan aynaya eşit bir sürede t 1 = 2L/yıl . Tekerleğin ½ yuvayı döndürmesi için gereken süre t2 = T/2N , Nerede T - tekerlek dönüş periyodu, N - diş sayısı. Dönme frekansı v = 1/T . Gözlemcinin ışığı görmediği an şu anda meydana gelir: t1 = t2 . Buradan ışığın hızını belirleme formülünü elde ederiz:
c = 4LNv
Bu formülü kullanarak hesaplamalar yapan Fizeau şunu belirledi: İle = 313.000.000 m/sn. Bu sonuç çok daha doğruydu.
Armand Hippolyte Louis Fizeau
1838'de Fransız fizikçi ve gökbilimci Dominique François Jean Arago, ışığın hızını hesaplamak için döner ayna yöntemini kullanmayı önerdi. Bu fikir, 1862 yılında ışık hızının (298.000.000±500.000) m/s değerini elde eden Fransız fizikçi, mekanikçi ve astronom Jean Bernard Leon Foucault tarafından hayata geçirildi.
Dominique François Jean Arago
1891'de Amerikalı gökbilimci Simon Newcome'un sonucu çok büyüktü. sonuçtan daha doğru Foucault. Yaptığı hesaplamalar sonucunda İle = (99.810.000±50.000) m/sn.
Dönen sekizgen aynalı bir düzenek kullanan Amerikalı fizikçi Albert Abraham Michelson'un araştırması, ışığın hızının daha doğru bir şekilde belirlenmesini mümkün kıldı. 1926 yılında bilim adamı, ışığın iki dağın tepeleri arasındaki 35,4 km'lik mesafeyi kat etmesi için geçen süreyi ölçtü ve şunu elde etti: İle = (299.796.000±4.000) m/sn.
En doğru ölçüm 1975 yılında yapıldı. Aynı yıl Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı ışık hızının 299.792.458 ± 1,2 m/s olarak kabul edilmesini önerdi.
Işığın hızı neye bağlıdır?
Işığın boşluktaki hızı, referans çerçevesine veya gözlemcinin konumuna bağlı değildir. 299,792,458 ± 1,2 m/s'ye eşit olarak sabit kalır. Ancak çeşitli şeffaf ortamlarda bu hız, boşluktaki hızından daha düşük olacaktır. Herhangi bir şeffaf ortamın optik yoğunluğu vardır. Ve ne kadar yüksek olursa, ışığın hızı da o kadar yavaş yayılır. Örneğin ışığın havadaki hızı sudaki hızından daha yüksektir, saf optik camda ise sudaki hızından daha düşüktür.
Işık az yoğun ortamdan çok yoğun ortama doğru hareket ederse hızı azalır. Ve eğer daha yoğun bir ortamdan daha az yoğun bir ortama geçiş meydana gelirse, tam tersine hız artar. Bu, ışık ışınının iki ortam arasındaki geçiş sınırında neden saptığını açıklar.
1676'da Danimarkalı gökbilimci Ole Römer, ışığın hızına ilişkin ilk kaba tahminde bulundu. Roemer, Jüpiter'in uydularının tutulma süreleri arasında hafif bir farklılık fark etti ve Dünya'nın Jüpiter'e yaklaşması veya Jüpiter'den uzaklaşması hareketinin, aylardan yansıyan ışığın kat etmesi gereken mesafeyi değiştirdiği sonucuna vardı.
Roemer bu tutarsızlığın büyüklüğünü ölçerek ışığın hızının saniyede 219.911 kilometre olduğunu hesapladı. Daha sonra 1849'da yapılan bir deneyde Fransız fizikçi Armand Fizeau ışığın hızının saniyede 312.873 kilometre olduğunu buldu.
Yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, Fizeau'nun deney düzeneği bir ışık kaynağından, üzerine düşen ışığın yalnızca yarısını yansıtan, geri kalan kısmının dönen bir dişli çarktan ve sabit bir aynadan geçmesine izin veren yarı saydam bir aynadan oluşuyordu. Işık yarı saydam aynaya çarptığında, ışığı ışınlara bölen bir dişli çark üzerine yansıyordu. Odaklama mercekleri sisteminden geçtikten sonra, her bir ışık hüzmesi sabit bir aynadan yansıyor ve dişli çarka geri dönüyordu. Fizeau, dişli çarkın yansıyan ışınları bloke ettiği hızın hassas ölçümlerini yaparak ışığın hızını hesaplamayı başardı. Meslektaşı Jean Foucault bir yıl sonra bu yöntemi geliştirdi ve ışığın hızının saniyede 297.878 kilometre olduğunu buldu. Bu değer, lazer radyasyonunun dalga boyu ve frekansının çarpılmasıyla hesaplanan saniyede 299.792 kilometrelik modern değerden çok az farklıdır.
Fizeau'nun deneyi
Yukarıdaki resimlerde görüldüğü gibi, tekerlek yavaşça döndüğünde ışık, tekerleğin dişleri arasındaki aynı boşluktan ileri doğru gider ve geri döner (alttaki resim). Eğer tekerlek hızlı bir şekilde dönüyorsa (üstteki resim), bitişikteki dişli çark geri dönen ışığı engeller.
Fizeau'nun sonuçları
Fizeau, aynayı dişliden 8,64 kilometre uzağa yerleştirerek, geri dönen ışık ışınını engellemek için gereken dişlinin dönüş hızının saniyede 12,6 devir olduğunu belirledi. Bu rakamların yanı sıra ışığın kat ettiği mesafeyi ve ışık ışınını engellemek için dişlinin kat etmesi gereken mesafeyi (tekerleğin dişleri arasındaki boşluğun genişliğine eşit) bilerek, ışık ışınının ne kadar yol kat ettiğini hesapladı. Vitesten aynaya ve geriye doğru hareket mesafesi 0,000055 saniyedir. Fizeau, ışığın kat ettiği toplam 17,28 kilometrelik mesafeyi bu süreye bölerek saniyede 312873 kilometrelik hız değerini elde etti.
Foucault'nun deneyi
1850'de Fransız fizikçi Jean Foucault, dişli çarkı dönen bir aynayla değiştirerek Fizeau'nun tekniğini geliştirdi. Kaynaktan gelen ışık, gözlemciye ancak ışık ışınının ayrılışı ve geri dönüşü arasındaki zaman aralığında ayna 360°'lik tam dönüşünü tamamladığında ulaştı. Foucault bu yöntemi kullanarak ışığın hızı için saniyede 297878 kilometrelik bir değer elde etti.
Işık hızını ölçmenin son akoru.
Lazerlerin icadı, fizikçilerin ışık hızını her zamankinden çok daha yüksek bir doğrulukla ölçmelerine olanak sağladı. 1972'de Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'ndeki bilim adamları, bir lazer ışınının dalga boyunu ve frekansını dikkatlice ölçtüler ve bu iki değişkenin çarpımı olan ışığın hızını saniyede 299.792.458 metre (saniyede 186.282 mil) olarak kaydettiler. Bu yeni ölçümün sonuçlarından biri, Genel Ağırlıklar ve Ölçüler Konferansı'nın, ışığın saniyenin 1/299.792.458'inde kat ettiği mesafeyi standart metre (3,3 feet) olarak benimseme kararıydı. Böylece fizikteki en önemli temel sabit olan ışığın hızı artık çok yüksek bir güvenle hesaplanıyor ve referans ölçer her zamankinden çok daha doğru bir şekilde belirlenebiliyor.
Günlük yaşamda herhangi birinin doğrudan ışık hızının ne olduğunu hesaplaması nadir olsa da, bu konuya ilgi çocukluk döneminde kendini gösterir. Şaşırtıcı bir şekilde hepimiz her gün yayılma hızının sabit olduğunun işaretiyle karşılaşıyoruz. elektromanyetik dalgalar. Işık hızı, tüm Evrenin tam olarak bildiğimiz gibi var olmasını sağlayan temel bir niceliktir.
Elbette, çocuklukta bir şimşek çakmasını ve ardından gelen gök gürültüsünü izleyen herkes, birinci ve ikinci fenomen arasındaki gecikmeye neyin sebep olduğunu anlamaya çalıştı. Basit zihinsel akıl yürütme, hızlı bir şekilde mantıksal bir sonuca yol açtı: ışık ve sesin hızı farklıdır. Bu iki önemli kişiyle ilk tanışmadır. fiziksel özellikler. Daha sonra birisi gerekli bilgiyi aldı ve neler olduğunu kolayca açıklayabildi. Gök gürültüsünün tuhaf davranışına ne sebep olur? Bunun cevabı, ışığın yaklaşık 300 bin km/s olan hızının, havada yayılma hızından (330 m/s) neredeyse bir milyon kat daha yüksek olduğudur. Bu nedenle kişi ilk önce şimşekten görür ve ancak bir süre sonra gök gürültüsünü duyar. Örneğin merkez üssünden gözlemciye 1 km mesafe varsa ışık bu mesafeyi 3 mikrosaniyede kat edecek, ancak ses 3 saniye kadar sürecektir. Işığın hızını ve şimşek ile gök gürültüsü arasındaki gecikme süresini bilerek mesafeyi hesaplayabilirsiniz.
Uzun zamandır bunu ölçmeye yönelik girişimler yapılıyor. Şimdi, yürütülen deneyleri okumak oldukça komik, ancak o uzak zamanlarda, hassas aletlerin ortaya çıkmasından önce her şey fazlasıyla ciddiydi. Işık hızının ne olduğunu bulmak amacıyla bir çalışma yürütüldü. ilginç deneyim. Hızlı hareket eden bir trenin vagonunun bir ucunda hassas bir kronometreye sahip bir adam vardı, diğer tarafta ise ekipteki asistanı lambanın kapağını açtı. Fikire göre kronometrenin, ışık fotonlarının yayılma hızını belirlemeyi mümkün kılması gerekiyordu. Üstelik lambanın ve kronometrenin konumları değiştirilerek (trenin hareket yönü korunarak) ışık hızının sabit olup olmadığı veya artırılıp azaltılamayacağı (bağlı olarak) öğrenilebilecektir. ışının yönü, teorik olarak trenin hızı, deneyde ölçülen hızı etkileyebilir). Tabii ki deney başarısızlıkla sonuçlandı, çünkü ışığın hızı ve kronometre ile kayıt karşılaştırılamaz.
İlk kez 1676 yılında Olaf Roemer'in gözlemleri sayesinde en doğru ölçüm yapıldı ve Io'nun gerçek görünümü ile hesaplanan veriler arasında 22 dakika fark olduğunu fark etti. Gezegenler yaklaştıkça gecikme azaldı. Mesafeyi bilerek ışığın hızını hesaplamak mümkündü. Yaklaşık 215 bin km/s idi. Daha sonra 1926'da D. Bradley, yıldızların görünen konumlarındaki değişiklikleri (sapma) incelerken bir modele dikkat çekti. Yıldızın konumu yılın zamanına bağlı olarak değişti. Sonuç olarak, gezegenin Güneş'e göre konumu etkili oldu. Bir benzetme yapılabilir - yağmur damlaları. Rüzgar olmadan dikey olarak aşağıya doğru uçarlar, ancak koşmaya başlar başlamaz görünürdeki yörüngeleri değişir. Gezegenin Güneş etrafındaki dönüş hızını bilerek ışığın hızını hesaplamak mümkün oldu. Bu hız 301 bin km/s idi.
1849'da A. Fizeau şu deneyi gerçekleştirdi: Bir ışık kaynağı ile 8 km uzaklıktaki bir ayna arasında dönen bir tane vardı.Dönüş hızı, bir sonraki boşlukta yansıyan ışığın akışı sabit hale gelinceye kadar artırıldı. (titreşimsiz). Hesaplamalar 315 bin km/s'yi gösteriyordu. Üç yıl sonra L. Foucault dönen bir ayna kullanarak 298 bin km/s hıza ulaştı.
Daha sonraki deneyler, havadaki kırılma vb. dikkate alınarak giderek daha doğru hale geldi. Şu anda, bir sezyum saati ve bir lazer ışını kullanılarak elde edilen verilerin alakalı olduğu düşünülmektedir. Onlara göre bu hız 299 bin km/s'ye eşittir.
olmasına rağmen sıradan hayat Işığın hızını hesaplamamıza gerek yok; birçok insan çocukluğundan beri bu miktarla ilgileniyor.
Fırtına sırasında şimşekleri izleyen her çocuk muhtemelen şimşekle gök gürültüsü arasındaki gecikmeye neyin sebep olduğunu anlamaya çalışmıştır. Işık ve sesin var olduğu açıktır. farklı hız. Bu neden oluyor? Işığın hızı nedir ve nasıl ölçülebilir?
Bilimde ışığın hızı, ışınların havada veya boşlukta hareket etme hızıdır. Işık Elektromanyetik radyasyon insan gözünün algıladığı şey. Hızını doğrudan etkileyen her ortamda hareket edebiliyor.
Bu miktarı ölçmeye yönelik girişimler eski çağlardan beri yapılmaktadır. Antik çağ bilim adamları ışığın hızının sonsuz olduğuna inanıyorlardı. Aynı görüş 16. ve 17. yüzyıllardaki fizikçiler tarafından da dile getirildi, ancak o zaman bile Robert Hooke ve Galileo Galilei gibi bazı araştırmacılar sonluluğu varsaydılar.
Işık hızı araştırmalarında büyük bir atılım, Jüpiter'in uydusu Io'nun tutulmasının ilk hesaplamalara göre gecikmesine ilk dikkat çeken Danimarkalı gökbilimci Olaf Roemer sayesinde gerçekleşti.
Daha sonra bilim adamı, yaklaşık hız değerini saniyede 220 bin metre olarak belirledi. İngiliz gökbilimci James Bradley, hesaplamalarında biraz yanılmış olsa da bu değeri daha doğru hesaplayabildi. 
Daha sonra bilim adamları tarafından ışığın gerçek hızını hesaplama girişimleri yapıldı. Farklı ülkeler. Ancak, ancak 1970'lerin başında, sabit bir radyasyon frekansına sahip lazerlerin ve maserlerin ortaya çıkmasıyla araştırmacılar doğru bir hesaplama yapabildiler ve 1983'te bu temel alındı. modern anlam bağıl hatayla korelasyon ile.
Eğer konuşursak basit bir dille, ışığın hızı onun için geçen süredir Güneş ışını belli bir mesafeyi kateder. Zaman birimi olarak saniyeyi, mesafe birimi olarak da metreyi kullanmak gelenekseldir. Fizik açısından ışık, belirli bir ortamda sabit bir hıza sahip olan eşsiz bir olgudur.
Bir kişinin 25 km/saat hızla koştuğunu ve 26 km/saat hızla giden bir arabaya yetişmeye çalıştığını varsayalım. Arabanın koşucudan 1 km/saat daha hızlı hareket ettiği ortaya çıktı. Işıkla her şey farklıdır. Arabanın ve kişinin hareket hızı ne olursa olsun, ışın onlara göre daima sabit bir hızla hareket edecektir.
Işığın hızı büyük ölçüde ışınların yayıldığı maddeye bağlıdır. Boşlukta sabit bir değere sahiptir, ancak şeffaf bir ortamda farklı göstergelere sahip olabilir.
Havada veya suda değeri her zaman vakumdakinden daha azdır. Örneğin nehirlerde ve okyanuslarda ışığın hızı, uzaydaki hızın yaklaşık ¾'ü kadardır ve 1 atmosfer basınçtaki havada, vakumdakinden %2 daha azdır. 
Bu olay, ışınların şeffaf uzayda emilmesi ve yüklü parçacıklar tarafından yeniden yayılmasıyla açıklanmaktadır. Etkiye kırılma denir ve teleskopların, dürbünlerin ve diğer optik ekipmanların üretiminde aktif olarak kullanılır.
Belirli maddeleri dikkate alırsak, damıtılmış suda ışığın hızı saniyede 226 bin kilometre, optik camda ise saniyede yaklaşık 196 bin kilometredir.
Boşlukta ışığın saniyedeki hızı 299.792.458 metrelik sabit bir değere sahiptir, yani 299 bin kilometrenin biraz üzerindedir. Modern görüşe göre bu nihaidir. Yani hiçbir parçacık, hiçbir gök cismi, ışığın uzayda geliştiği hıza ulaşamaz.
Süpermen'in ortaya çıkıp büyük bir hızla uçacağını varsaysak bile ışın yine de ondan daha büyük bir hızla kaçacaktır.
Her ne kadar ışık hızı boşlukta ulaşılabilecek maksimum hız olsa da, daha hızlı hareket eden nesnelerin de olduğuna inanılmaktadır.
Örneğin, güneş ışınları, gölgeler veya dalgalardaki salınım aşamaları bunu yapabilir, ancak bir uyarıyla - süper hız geliştirseler bile, enerji ve bilgi, hareketlerinin yönü ile çakışmayan bir yönde iletilecektir. 
Şeffaf ortama gelince, Dünya'da ışıktan daha hızlı hareket etme yeteneğine sahip nesneler var. Örneğin, camdan geçen bir ışının hızı yavaşlarsa, elektronların hareket hızı sınırlı değildir, dolayısıyla cam yüzeylerden geçerken ışıktan daha hızlı hareket edebilirler.
Bu olguya Vavilov-Çerenkov etkisi denir ve çoğunlukla nükleer reaktörlerde veya okyanusların derinliklerinde gözlemlenir.
