अपनी अंगुलियों की तस्वीर लो! ऐसा करने में लगने वाले समय में, एक प्रकाश किरण लगभग सभी तरह से चंद्रमा की यात्रा करने में सक्षम थी। यदि आप अपनी उंगलियों को एक बार फिर से स्नैप करते हैं, तो आप यात्रा को पूरा करने के लिए बीम को समय देंगे। मुद्दा यह है कि प्रकाश वास्तव में बहुत तेजी से यात्रा करता है।
प्रकाश तेजी से यात्रा करता है, लेकिन इसकी गति अनंत नहीं है, जैसा कि 17वीं शताब्दी से पहले लोग मानते थे। हालाँकि, लैंप, विस्फोट या अन्य साधनों का उपयोग करके मापने के लिए गति बहुत तेज़ है, जो मानव दृश्य तीक्ष्णता और मानव प्रतिक्रिया समय पर निर्भर करती है। गैलीलियो से पूछो।
प्रकाश प्रयोग
गैलीलियो ने 1638 में एक प्रयोग तैयार किया जिसमें लालटेन का उपयोग किया गया था, और सबसे अच्छा निष्कर्ष वह प्रबंधित कर सकता था कि प्रकाश "असाधारण रूप से तेज़" (दूसरे शब्दों में, वास्तव में, वास्तव में तेज़) है। वह एक संख्या के साथ आने में सक्षम नहीं था, अगर उसने वास्तव में प्रयोग करने की कोशिश भी की। हालाँकि, उन्होंने यह कहने का साहस किया कि उनका मानना है कि प्रकाश ध्वनि की तुलना में कम से कम 10 गुना तेज गति से यात्रा करता है। वास्तव में, यह एक लाख गुना अधिक तेज है।
प्रकाश की गति का पहला सफल माप, जिसे भौतिक विज्ञानी सार्वभौमिक रूप से लोअरकेस सी द्वारा दर्शाते हैं, ओले रोमर द्वारा 1676 में किया गया था। उन्होंने बृहस्पति के चंद्रमाओं के अवलोकन पर अपना माप आधारित किया। तब से, भौतिकविदों ने माप को परिष्कृत करने के लिए सितारों, दांतेदार पहियों, घूर्णन दर्पणों, रेडियो इंटरफेरोमीटर, कैविटी रेज़ोनेटर और लेजर के अवलोकन का उपयोग किया है। वे अब जानते हैंसीइतना सटीक रूप से कि वजन और माप पर सामान्य परिषद मीटर पर आधारित है, जो कि एसआई प्रणाली में लंबाई की मौलिक इकाई है।
प्रकाश की गति एक सार्वभौमिक स्थिरांक है, इसलिए प्रकाश सूत्र की कोई गति नहीं है,दर असल. वास्तव में, यदिसीकुछ अलग थे, हमारे सभी मापों को बदलना होगा, क्योंकि मीटर इस पर आधारित है। प्रकाश में तरंग विशेषताएँ होती हैं, हालाँकि, जिसमें आवृत्ति शामिल होती हैνऔर तरंग दैर्ध्यλ, और आप इन्हें इस समीकरण के साथ प्रकाश की गति से जोड़ सकते हैं, जिसे आप प्रकाश की गति के लिए समीकरण कह सकते हैं:
c=\nu \lambda
खगोलीय प्रेक्षणों से प्रकाश की गति को मापना
रोमर प्रकाश की गति के लिए एक संख्या के साथ आने वाले पहले व्यक्ति थे। उन्होंने बृहस्पति के चंद्रमाओं, विशेष रूप से आयो के ग्रहणों को देखते हुए ऐसा किया। वह देखता था कि आईओ विशाल ग्रह के पीछे गायब हो गया है और फिर उसे फिर से प्रकट होने में कितना समय लगा। उन्होंने तर्क दिया कि इस समय में 1,000 सेकंड तक का अंतर हो सकता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि बृहस्पति पृथ्वी के कितना करीब है। वह २१४,००० किमी/सेकेंड की प्रकाश की गति के लिए एक मूल्य के साथ आया, जो लगभग ३००,००० किमी/सेकंड के आधुनिक मूल्य के समान बॉलपार्क में है।
1728 में, अंग्रेजी खगोलशास्त्री जेम्स ब्रैडली ने तारकीय विपथन को देखकर प्रकाश की गति की गणना की, जो कि सूर्य के चारों ओर पृथ्वी की गति के कारण स्थिति में उनका स्पष्ट परिवर्तन है। इस परिवर्तन के कोण को मापने और पृथ्वी की गति को घटाकर, जिसे वह उस समय ज्ञात डेटा से गणना कर सकता था, ब्रैडली ने एक और अधिक सटीक संख्या के साथ आया। उन्होंने निर्वात में प्रकाश की गति ३०१,००० किमी/सेकंड की गणना की।
हवा में प्रकाश की गति की तुलना पानी में गति से करना
प्रकाश की गति को मापने वाला अगला व्यक्ति फ्रांसीसी दार्शनिक आर्मंड हिप्पोलीटे फ़िज़ौ था, और वह खगोलीय टिप्पणियों पर भरोसा नहीं करता था। इसके बजाय, उन्होंने एक उपकरण का निर्माण किया जिसमें एक बीम स्प्लिटर, एक घूर्णन दांतेदार पहिया और एक दर्पण शामिल था जो प्रकाश स्रोत से 8 किमी दूर था। वह प्रकाश की किरण को दर्पण की ओर जाने देने के लिए पहिया के घूमने की गति को समायोजित कर सकता था लेकिन रिटर्न बीम को अवरुद्ध कर सकता था। उसकी गणनासी, जिसे उन्होंने १८४९ में प्रकाशित किया था, ३१५,००० किमी/सेकेंड था, जो ब्रैडली की तरह सटीक नहीं था।
एक साल बाद, एक फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी लियोन फौकॉल्ट ने दांतेदार पहिये के लिए एक घूर्णन दर्पण को प्रतिस्थापित करके फ़िज़ौ के प्रयोग में सुधार किया। c के लिए Foucault का मान 298,000 km/s था, जो अधिक सटीक था, और इस प्रक्रिया में, Foucault ने एक महत्वपूर्ण खोज की। घूमने वाले दर्पण और स्थिर दर्पण के बीच पानी की एक ट्यूब डालकर, उन्होंने यह निर्धारित किया कि हवा में प्रकाश की गति पानी की गति से अधिक है। यह प्रकाश के कणिका सिद्धांत की भविष्यवाणी के विपरीत था और यह स्थापित करने में मदद करता था कि प्रकाश एक तरंग है।
1881 में, ए. ए। माइकलसन ने एक इंटरफेरोमीटर का निर्माण करके फौकॉल्ट के माप में सुधार किया, जो सक्षम था मूल बीम और लौटने वाले के चरणों की तुलना करें और एक पर एक हस्तक्षेप पैटर्न प्रदर्शित करें स्क्रीन। उनका परिणाम 299,853 किमी/सेकेंड था।
माइकलसन ने किसकी उपस्थिति का पता लगाने के लिए इंटरफेरोमीटर विकसित किया था?ईथर, एक भूतिया पदार्थ जिसके माध्यम से प्रकाश तरंगों के प्रसार के बारे में सोचा गया था। भौतिक विज्ञानी एडवर्ड मॉर्ले के साथ किया गया उनका प्रयोग विफल रहा, और इसने आइंस्टीन को यह निष्कर्ष निकाला कि प्रकाश की गति एक सार्वभौमिक स्थिरांक है जो सभी संदर्भ फ़्रेमों में समान है। वह विशेष सापेक्षता सिद्धांत की नींव थी।
प्रकाश की गति के लिए समीकरण का उपयोग करना
माइकलसन का मूल्य तब तक स्वीकृत था जब तक कि उन्होंने 1926 में स्वयं इसमें सुधार नहीं किया। तब से, कई शोधकर्ताओं द्वारा विभिन्न तकनीकों का उपयोग करके मूल्य को परिष्कृत किया गया है। ऐसी ही एक तकनीक है कैविटी रेज़ोनेटर विधि, जो विद्युत प्रवाह उत्पन्न करने वाले उपकरण का उपयोग करती है। यह एक मान्य तरीका है, क्योंकि 1800 के दशक के मध्य में मैक्सवेल के समीकरणों के प्रकाशन के बाद, भौतिकविदों ने इस बात से सहमत हैं कि प्रकाश और बिजली दोनों विद्युत चुम्बकीय तरंग घटनाएँ हैं, और दोनों एक ही समय में यात्रा करते हैं गति।
वास्तव में, मैक्सवेल द्वारा अपने समीकरणों को प्रकाशित करने के बाद, चुंबकीय पारगम्यता और मुक्त स्थान की विद्युत पारगम्यता की तुलना करके अप्रत्यक्ष रूप से c को मापना संभव हो गया। दो शोधकर्ताओं, रोजा और डोर्सी ने 1907 में ऐसा किया और प्रकाश की गति की गणना 299,788 किमी/सेकेंड की थी।
1950 में, ब्रिटिश भौतिकविदों लुई एसेन और ए.सी. गॉर्डन-स्मिथ ने इसकी तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति को मापकर प्रकाश की गति की गणना करने के लिए एक गुहा गुंजयमान यंत्र का उपयोग किया। प्रकाश की गति प्रकाश द्वारा तय की गई दूरी के बराबर होती हैघइसमें लगने वाले समय से विभाजितΔt: सी = डी/∆t∆. विचार करें कि एकल तरंग दैर्ध्य के लिए समयλएक बिंदु को पारित करने के लिए तरंग की अवधि है, जो आवृत्ति का व्युत्क्रम हैवी, और आपको प्रकाश सूत्र की गति मिलती है:
c=\nu \lambda
एसेन और गॉर्डन-स्मिथ द्वारा उपयोग किए जाने वाले उपकरण को aगुहा अनुनाद तरंगमापी. यह एक ज्ञात आवृत्ति का विद्युत प्रवाह उत्पन्न करता है, और वे तरंगमापी के आयामों को मापकर तरंग दैर्ध्य की गणना करने में सक्षम थे। उनकी गणना से 299,792 किमी/सेकंड प्राप्त हुआ, जो अब तक का सबसे सटीक निर्धारण था।
लेजर का उपयोग करके एक आधुनिक मापन विधि
एक समकालीन माप तकनीक फ़िज़ौ और फौकॉल्ट द्वारा नियोजित बीम-विभाजन विधि को पुनर्जीवित करती है, लेकिन सटीकता में सुधार के लिए लेजर का उपयोग करती है। इस विधि में स्पंदित लेजर बीम को विभाजित किया जाता है। एक किरण संसूचक के पास जाती है जबकि दूसरी किरण थोड़ी दूरी पर रखे दर्पण तक लंबवत जाती है। दर्पण बीम को वापस दूसरे दर्पण में परावर्तित करता है जो इसे दूसरे संसूचक की ओर विक्षेपित करता है। दोनों डिटेक्टर एक ऑसिलोस्कोप से जुड़े होते हैं, जो दालों की आवृत्ति को रिकॉर्ड करता है।
आस्टसीलस्कप दालों की चोटियों को अलग किया जाता है क्योंकि दूसरी किरण पहले की तुलना में अधिक दूरी तय करती है। चोटियों के पृथक्करण और दर्पणों के बीच की दूरी को मापकर, प्रकाश पुंज की गति ज्ञात करना संभव है। यह एक सरल तकनीक है, और यह काफी सटीक परिणाम देती है। ऑस्ट्रेलिया में न्यू साउथ वेल्स विश्वविद्यालय के एक शोधकर्ता ने 300,000 किमी/सेकेंड का मान दर्ज किया।
प्रकाश की गति को मापने का अब कोई मतलब नहीं है
वैज्ञानिक समुदाय द्वारा उपयोग की जाने वाली मापने वाली छड़ी मीटर है। इसे मूल रूप से भूमध्य रेखा से उत्तरी ध्रुव तक की दूरी के दस लाखवें हिस्से के रूप में परिभाषित किया गया था, और परिभाषा को बाद में क्रिप्टन -86 की उत्सर्जन लाइनों में से एक के तरंग दैर्ध्य की एक निश्चित संख्या में बदल दिया गया था। 1983 में, वज़न और माप पर सामान्य परिषद ने उन परिभाषाओं को समाप्त कर दिया और इसे अपनाया:
मीटरएक सेकंड के 1/299,792,458 में निर्वात में प्रकाश की किरण द्वारा तय की गई दूरी है, जहां दूसरा सीज़ियम -133 परमाणु के रेडियोधर्मी क्षय पर आधारित है।
प्रकाश की गति के संदर्भ में मीटर को परिभाषित करना मूल रूप से प्रकाश की गति को 299,792,458 m/s पर निर्धारित करता है। यदि कोई प्रयोग अलग परिणाम देता है, तो इसका सीधा सा मतलब है कि उपकरण दोषपूर्ण है। प्रकाश की गति को मापने के लिए और अधिक प्रयोग करने के बजाय, वैज्ञानिक अपने उपकरणों को कैलिब्रेट करने के लिए प्रकाश की गति का उपयोग करते हैं।
प्रायोगिक उपकरण को कैलिब्रेट करने के लिए प्रकाश की गति का उपयोग करना
प्रकाश की गति भौतिकी में विभिन्न संदर्भों में दिखाई देती है, और अन्य मापा डेटा से इसकी गणना करना तकनीकी रूप से संभव है। उदाहरण के लिए, प्लैंक ने प्रदर्शित किया कि एक क्वांटम की ऊर्जा, जैसे कि एक फोटॉन, इसकी आवृत्ति बार प्लैंक स्थिरांक (एच) के बराबर है, जो कि 6.6262 x 10 के बराबर है।-34 जूल सेकंड। चूंकि आवृत्ति हैग/प्लांक के समीकरण को तरंगदैर्घ्य के पदों में लिखा जा सकता है:
E=h\nu = \frac{hc}{\lambda}\का अर्थ है c=\frac{E\lambda}{h}
एक ज्ञात तरंग दैर्ध्य के प्रकाश के साथ एक फोटोइलेक्ट्रिक प्लेट पर बमबारी करके और निकाले गए इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा को मापकर, इसके लिए एक मूल्य प्राप्त करना संभव हैसी. हालांकि, इस प्रकार के प्रकाश कैलकुलेटर की गति c को मापने के लिए आवश्यक नहीं है, क्योंकिसीहैपरिभाषितहोना क्या है। हालांकि, इसका उपयोग उपकरण का परीक्षण करने के लिए किया जा सकता है। अगरईλ/एचc नहीं निकलता है, या तो इलेक्ट्रॉन ऊर्जा के मापन में या आपतित प्रकाश की तरंगदैर्घ्य में कुछ गड़बड़ है।
निर्वात में प्रकाश की गति एक सार्वभौमिक स्थिरांक है
निर्वात में प्रकाश की गति के संदर्भ में मीटर को परिभाषित करना समझ में आता है, क्योंकि यह ब्रह्मांड में सबसे मौलिक स्थिरांक है। आइंस्टीन ने दिखाया कि गति की परवाह किए बिना, यह हर संदर्भ बिंदु के लिए समान है, और यह सबसे तेज गति से भी ब्रह्मांड में यात्रा कर सकता है - कम से कम, द्रव्यमान के साथ कुछ भी। आइंस्टीन का समीकरण, और भौतिकी में सबसे प्रसिद्ध समीकरणों में से एक,ई = एमसी2, सुराग प्रदान करता है कि ऐसा क्यों है।
अपने सबसे पहचानने योग्य रूप में, आइंस्टीन का समीकरण केवल आराम करने वाले निकायों पर लागू होता है। हालांकि, सामान्य समीकरण में शामिल हैं:लोरेंत्ज़ कारक γ, कहां है
\gamma=\frac{1}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}
एक द्रव्यमान के साथ गति में शरीर के लिएमऔर वेगवी, आइंस्टीन का समीकरण लिखा जाना चाहिएई = एमसी2γ. जब आप इसे देखते हैं, तो आप देख सकते हैं कि कबवी = 0, γ= 1 और आपको मिलता हैई = एमसी2.
हालाँकि, जबवी = सी,अनंत हो जाता है, और आपको जो निष्कर्ष निकालना है वह यह है कि किसी भी परिमित द्रव्यमान को उस गति तक गति देने के लिए अनंत मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होगी। इसे देखने का दूसरा तरीका यह है कि प्रकाश की गति से द्रव्यमान अनंत हो जाता है।
मीटर की वर्तमान परिभाषा दूरी के स्थलीय माप के लिए प्रकाश की गति को मानक बनाती है, लेकिन इसका उपयोग अंतरिक्ष में दूरियों को मापने के लिए लंबे समय से किया जाता रहा है। एक प्रकाश वर्ष वह दूरी है जो प्रकाश एक सांसारिक वर्ष में यात्रा करता है, जो 9.46 × 10. हो जाता है15 म।
यह कई मीटर समझने के लिए बहुत अधिक है, लेकिन एक प्रकाश वर्ष को समझना आसान है, और क्योंकि सभी जड़त्वीय संदर्भ फ़्रेमों में प्रकाश की गति स्थिर है, यह दूरी की एक विश्वसनीय इकाई है। इसे वर्ष के आधार पर थोड़ा कम विश्वसनीय बनाया गया है, जो एक समय सीमा है जिसका किसी भिन्न ग्रह से किसी के लिए कोई प्रासंगिकता नहीं होगी।