როგორ გამოვთვალოთ სინათლის სიჩქარე

თითები ააფეთქეთ! იმ დროში, რაც ამის გაკეთებას დასჭირდა, სინათლის სხივმა თითქმის მთელ გზაზე შეძლო მოგზაურობა. თუ თითებს კიდევ ერთხელ დააჭერთ, სხივს დრო მისცემთ, რომ დასრულდეს მოგზაურობა. საქმე იმაშია, რომ სინათლე მართლაც, ძალიან სწრაფად მიემგზავრება.

სინათლე სწრაფად მოძრაობს, მაგრამ მისი სიჩქარე არ არის უსასრულო, რადგან ხალხს სჯეროდა მე -17 საუკუნემდე. სიჩქარე ძალიან სწრაფია ნათურების, აფეთქებების ან სხვა საშუალებების გამოყენებით, რომლებიც დამოკიდებულია ადამიანის ვიზუალურ სიბრტყეზე და ადამიანის რეაქციის დროზე. ჰკითხეთ გალილეოს.

გალილეომ 1638 წელს შეიმუშავა ექსპერიმენტი, რომელშიც გამოყენებული იქნა ფარნები და საუკეთესო დასკვნა, რომლის მართვასაც შეძლებდა, იყო ის, რომ შუქი "არაჩვეულებრივად სწრაფია" (სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მართლაც ძალიან სწრაფი). მას არ შეეძლო გამოემუშავებინა რიცხვი, თუ ის სინამდვილეში, თუნდაც ცდის ექსპერიმენტს. მან მაინც წამოიწყო და თქვა, რომ სწამდა, რომ სინათლე ბგერაზე 10-ჯერ უფრო სწრაფად მოძრაობს. სინამდვილეში, ეს უფრო მილიონჯერ უფრო სწრაფია.

სინათლის სიჩქარის პირველი წარმატებული გაზომვა, რომელსაც ფიზიკოსები საყოველთაოდ წარმოადგენენ მცირე ზომის c- ით, ოლე რომერმა გააკეთა 1676 წელს. მან გაზომვები დააფუძნა იუპიტერის მთვარეებზე დაკვირვებებზე. მას შემდეგ, ფიზიკოსებმა გაზომვის დახვეწისთვის გამოიყენეს ვარსკვლავებზე დაკვირვება, კბილებიანი ბორბლები, მბრუნავი სარკეები, რადიო ინტერფერომეტრები, ღრუს რეზონატორები და ლაზერები. მათ ახლა იციან

სინათლის სიჩქარე უნივერსალური მუდმივია, ამიტომ არ არსებობს სინათლის სიჩქარის სიჩქარე,თავისთავად. სინამდვილეში, თუგგანსხვავებული იყო, ჩვენი ყველა გაზომვა უნდა შეიცვალოს, რადგან მრიცხველი ემყარება მას. სინათლეს ნამდვილად აქვს ტალღის მახასიათებლები, რაც მოიცავს სიხშირესνდა ტალღის სიგრძეλ, და თქვენ შეგიძლიათ დაუკავშიროთ ისინი სინათლის სიჩქარეს ამ განტოლებით, რომელსაც შეიძლება უწოდოთ განტოლება სინათლის სიჩქარისთვის:

რომერი იყო პირველი ადამიანი, ვინც სინათლის სიჩქარის ნომერი მოიფიქრა. მან ეს გააკეთა იუპიტერის მთვარეების, კერძოდ იოს დაბნელების დაკვირვებისას. ის უყურებდა იოს გაქრობას გიგანტური პლანეტის მიღმა, შემდეგ კი დრო გაატარა, რამდენი ხანი დასჭირდა მის გამოჩენას. ის მსჯელობდა, რომ ეს დრო შეიძლება განსხვავდებოდეს 1000 წამით, იმისდა მიხედვით, თუ რამდენად ახლოს იყო იუპიტერი დედამიწასთან. მან გამოიმუშავა სინათლის სიჩქარის 214,000 კმ / წმ მნიშვნელობა, რაც იგივე ბურთულაშია, როგორც თანამედროვე ღირებულება თითქმის 300,000 კმ / წმ.

ინგლისელმა ასტრონომმა ჯეიმს ბრედლიმ 1728 წელს გამოანგარიშა სინათლის სიჩქარე ვარსკვლავური გადახრათა დაკვირვებით, რაც მათი პოზიციის აშკარა ცვლილებაა დედამიწის მზის გარშემო მოძრაობის გამო. ამ ცვლილების კუთხის გაზომვით და დედამიწის სიჩქარის გამოკლებით, რომლის გამოანგარიშებაც შეეძლო იმ დროისთვის ცნობილი მონაცემების მიხედვით, ბრედლიმ ბევრად უფრო ზუსტი რიცხვი მოიპოვა. მან გამოანგარიშდა სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში 301,000 კმ / წმ.

შემდეგი ადამიანი, ვინც სინათლის სიჩქარე გაზომა, იყო ფრანგი ფილოსოფოსი არმან ჰიპოლიტ ფიზეო და ის არ დაეყრდნო ასტრონომიულ დაკვირვებებს. ამის ნაცვლად, მან აპარატი ააშენა, რომელიც შედგებოდა სხივის გამყოფი, მბრუნავი დაკბილული ბორბლისა და სარკისგან, რომელიც განათებული იყო სინათლის წყაროდან 8 კმ-ზე. მას შეეძლო ბორბლის ბრუნვის სიჩქარის დარეგულირება, რათა სინათლის სხივი სარკისკენ გაეტარებინა, მაგრამ უკანა სხივი დაბლოკა. მისი გაანგარიშებაგ, რომელიც მან 1849 წელს გამოაქვეყნა, იყო 315,000 კმ / წმ, რაც არც ისე ზუსტი იყო, როგორც ბრედლის.

ერთი წლის შემდეგ, ფრანგმა ფიზიკოსმა ლეონ ფუკომ გაუმჯობესდა ფიზეოს ექსპერიმენტი კბილანი ბორბლის მბრუნავი სარკის ჩანაცვლებით. ფუკოს მნიშვნელობა c– სთვის იყო 298,000 კმ / წმ, რაც უფრო ზუსტი იყო და ამ პროცესში ფუკომ მნიშვნელოვანი აღმოჩენა გააკეთა. წყლის მილის ჩასმა მბრუნავ სარკესა და სტაციონარს შორის, მან დაადგინა, რომ ჰაერში სინათლის სიჩქარე უფრო მაღალია, ვიდრე წყალში. ეს ეწინააღმდეგებოდა სინათლის კორპუსკულურ თეორიას, რომელიც წინასწარმეტყველებდა და დაეხმარა იმის დადგენაში, რომ სინათლე ტალღაა.

1881 წელს ა. ა. მიქელსონმა გაუმჯობესდა ფუკოს გაზომვები ინტერფერომეტრის აგებით, რამაც შეძლო შეადარეთ ორიგინალი სხივის და დაბრუნების ფაზები და აჩვენეთ ჩარევის ნიმუში ა ეკრანი მისი შედეგი იყო 299 853 კმ / წმ.

მიქელსონმა შეიმუშავა ინტერფერომეტრი, რომლითაც დადგენილიაეთერი, მოჩვენებითი ნივთიერება, რომლის საშუალებითაც ფიქრობდნენ, რომ მსუბუქი ტალღები ვრცელდებოდა. მისი ექსპერიმენტი, რომელიც ჩატარდა ფიზიკოს ედვარდ მორლისთან, წარუმატებელი აღმოჩნდა და აინშტაინმა დაასკვნა, რომ სინათლის სიჩქარე არის უნივერსალური მუდმივა, რომელიც ყველა მითითების ჩარჩოებში იგივეა. ეს იყო სპეციალური ფარდობითობის თეორიის საფუძველი.

მიქელსონის ღირებულება მიღებული იყო მანამ, სანამ მან იგი ჯერ კიდევ არ გაუმჯობესდა 1926 წელს. მას შემდეგ, რიგი მკვლევარების მიერ დახვეწა ეს მნიშვნელობა სხვადასხვა ტექნიკის გამოყენებით. ერთ-ერთი ასეთი ტექნიკაა ღრუს რეზონატორის მეთოდი, რომელიც იყენებს მოწყობილობას, რომელიც წარმოქმნის ელექტროენერგიას. ეს სწორი მეთოდია, რადგან 1800-იანი წლების შუა პერიოდში მაქსველის განტოლებების გამოქვეყნების შემდეგ, ფიზიკოსებს აქვთ ეს შეთანხმდნენ, რომ სინათლე და ელექტროობა ორივე ელექტრომაგნიტური ტალღის ფენომენია და ორივე ერთდროულად მოძრაობს სიჩქარე

სინამდვილეში, მას შემდეგ, რაც მაქსველმა განტოლებები გამოაქვეყნა, შესაძლებელი გახდა c- ის ირიბი გაზომვა თავისუფალი სივრცის მაგნიტური გამტარიანობისა და ელექტროგამტარობის შედარების გზით. ორმა მკვლევარმა როზა და დორსიმ ეს გააკეთეს 1907 წელს და გამოანგარიშეს სინათლის სიჩქარე 299 788 კმ / წმ.

1950 წელს ბრიტანელმა ფიზიკოსებმა ლუის ესენმა და გ.გორდონ-სმიტმა გამოიყენეს ღრუს რეზონატორი სინათლის სიჩქარის გამოსათვლელად მისი ტალღის სიგრძისა და სიხშირის გაზომვით. სინათლის სიჩქარე ტოლია სინათლის გავლის მანძილზედიყოფა საჭირო დროზეეს​: ​c = d / ∆t. გაითვალისწინეთ, რომ ერთი ტალღის სიგრძის დროაλწერტილის გავლა არის ტალღის ფორმის პერიოდი, რომელიც სიხშირის საპასუხო პროცესიავდა მიიღებთ სინათლის ფორმულის სიჩქარეს:

ესენი და გორდონ-სმიტების მოწყობილობა ცნობილია, როგორც აღრუს რეზონანსის ტალღისმეტრი. ის წარმოქმნის ცნობილი სიხშირის ელექტრულ დენას და მათ შეძლეს ტალღის სიგრძის გათვლა ტალღის მრიცხველის ზომების გაზომვით. მათი გათვლებით გამოიღო 299 792 კმ / წმ, რაც დღემდე ყველაზე ზუსტი განსაზღვრა იყო.

გაზომვის ერთ – ერთი თანამედროვე ტექნიკა აღადგენს სხივის გაყოფის მეთოდს, რომელსაც იყენებენ ფიზეო და ფუკო, მაგრამ იყენებს ლაზერებს სიზუსტის გასაუმჯობესებლად. ამ მეთოდით, პულსირებული ლაზერის სხივი იყოფა. ერთი სხივი მიდის დეტექტორთან, ხოლო მეორე პერპენდიკულარულად მიდის სარკეში, რომელიც მოთავსებულია მცირე მანძილზე. სარკე ასახავს სხივს მეორე სარკისკენ, რომელიც მას მეორე დეტექტორისკენ მიაქცევს. ორივე დეტექტორი უკავშირდება ოსცილოსკოპს, რომელიც აღრიცხავს იმპულსების სიხშირეს.

ოსცილოსკოპის იმპულსების მწვერვალები გამოყოფილია, რადგან მეორე სხივი უფრო დიდ მანძილზე გადის, ვიდრე პირველი. მწვერვალების განცალკევებისა და სარკეებს შორის მანძილის გაზომვით შესაძლებელია სინათლის სხივის სიჩქარის გამოყვანა. ეს არის მარტივი ტექნიკა და საკმაოდ ზუსტ შედეგებს იძლევა. ავსტრალიის ახალი სამხრეთი უელსის უნივერსიტეტის მკვლევარმა 300 000 კმ / წმ დააფიქსირა.

საზომი ჯოხი, რომელსაც სამეცნიერო საზოგადოება იყენებს, არის მრიცხველი. თავდაპირველად განისაზღვრა, რომ ეს არის ეკვატორიდან ჩრდილოეთ პოლუსამდე და ა მოგვიანებით განმარტება შეიცვალა და გახდა კრიპტონ -86 -ის ერთ-ერთი გამონაბოლქვი ხაზის ტალღის სიგრძე. 1983 წელს წონებისა და ზომების გენერალურმა საბჭომ გააუქმა ეს განმარტებები და მიიღო ეს განმარტება:

​მეტრივაკუუმში სინათლის სხივის მიერ გავლილი მანძილია წამში 1 / 299,792,458, სადაც მეორე ეფუძნება ცეზიუმ -133 ატომის რადიოაქტიულ დაშლას.​

მრიცხველის განსაზღვრა სინათლის სიჩქარის მიხედვით, ძირითადად აფიქსირებს სინათლის სიჩქარეს 299,792,458 მ / წმ. თუ ექსპერიმენტმა სხვა შედეგი გამოიღო, ეს ნიშნავს, რომ აპარატი გაუმართავია. იმის ნაცვლად, რომ უფრო მეტი ექსპერიმენტი ჩაატარონ სინათლის სიჩქარის გასაზომად, მეცნიერები იყენებენ სინათლის სიჩქარეს მათი აღჭურვილობის დაკალიბრებისთვის.

სინათლის სიჩქარე ფიზიკაში სხვადასხვა კონტექსტში ჩანს და ტექნიკურად შესაძლებელია მისი გამოანგარიშება სხვა გაზომული მონაცემებიდან. მაგალითად, პლანკმა აჩვენა, რომ კვანტის ენერგია, მაგალითად ფოტონი, უდრის მის სიხშირეს პლანკის მუდმივზე (h), რაც უდრის 6.6262 x 10^-34 Joule მეორე მას შემდეგ, რაც სიხშირე არისგ / λ, პლანკის განტოლება შეიძლება დაიწეროს ტალღის სიგრძის მიხედვით:

ფოტოელექტრული ფირფიტის დაბომბვით ცნობილი ტალღის სიგრძის შუქით და განდევნილი ელექტრონების ენერგიის გაზომვით, შესაძლებელია მიიღოთ მნიშვნელობაგ. ამ ტიპის სინათლის კალკულატორის სიჩქარე არ არის აუცილებელი c- ს გასაზომად, იმიტომ რომგარისგანსაზღვრულიიყოს ის რაც არის. ამასთან, მისი გამოყენება შესაძლებელია აპარატის შესამოწმებლად. თუკიელ / სთარ გამოდის c, რაღაც არასწორია ელექტრონის ენერგიის გაზომვებთან ან ინციდენტის შუქის ტალღის სიგრძეზე.

აზრი აქვს მრიცხველის განსაზღვრა ვაკუუმში სინათლის სიჩქარის მიხედვით, ვინაიდან ეს არის ყველაზე ფუნდამენტური მუდმივა სამყაროში. აინშტაინმა აჩვენა, რომ იგი იგივეა ყველა მითითების წერტილისთვის, განურჩევლად მოძრაობისა, და ის ასევე უსწრაფესია, რაიმეს გადაადგილება შეუძლია სამყაროში - ყოველ შემთხვევაში, მასის მქონე ყველაფერი. აინშტაინის განტოლება და ერთ-ერთი ყველაზე ცნობილი განტოლება ფიზიკაში,E = mc², იძლევა იმის გარკვევას, თუ რატომ არის ასე.

მისი ყველაზე ცნობადი ფორმით, აინშტაინის განტოლება ეხება მხოლოდ დანარჩენ სხეულებს. ზოგადი განტოლება მოიცავსლორენცის ფაქტორი​ ​γსად

მოძრავი სხეულისთვის მასითმდა სიჩქარევ, აინშტაინის განტოლება უნდა დაიწეროსE = mc²γ. როდესაც ამას შეხედავ, ხედავ როდის როდისვ​ = 0, ​γ= 1 და მიიღებE = mc²​.

თუმცა როდისv = გ, γხდება უსასრულო და დასკვნა, რომელიც თქვენ უნდა გააკეთოთ, არის ის, რომ დასჭირდება უსასრულო ენერგია ნებისმიერი სასრული მასის აჩქარებას ამ სიჩქარეზე. მისი გადახედვის კიდევ ერთი გზაა, რომ მასა ხდება უსასრულო სინათლის სიჩქარით.

მრიცხველის ამჟამინდელი განმარტება სინათლის სიჩქარეს ხდის მანძილს ხმელეთის გაზომვის სტანდარტად, მაგრამ იგი დიდი ხანია გამოიყენება სივრცეში მანძილის გასაზომად. სინათლის წელი არის მანძილი, რომელსაც სინათლე გადის ერთ მიწიერ წელს, რომელიც აღმოჩნდება 9,46 × 10¹⁵ მ

ბევრი მეტრის აღსაწერად ძალიან ბევრია, მაგრამ სინათლის წელი ადვილი გასაგებია და რადგან სინათლის სიჩქარე მუდმივია ყველა ინერციული საცნობარო ჩარჩოში, ეს არის მანძილის საიმედო ერთეული. იგი ოდნავ ნაკლებად საიმედო გახდა წლის საფუძველზე, რაც არის დროის ისეთი მონაკვეთი, რომელიც არ იქნებოდა მნიშვნელოვანი ვინმესთვის განსხვავებული პლანეტისგან.