Viele Menschen kennen die Existenz eines solchen Konzepts wie der „Lichtgeschwindigkeit“ seit frühester Kindheit. Aber nicht jeder weiß genau über das Phänomen Bescheid.

Viele machten darauf aufmerksam, dass es während eines Gewitters zu einer Verzögerung zwischen einem Blitz und dem Geräusch eines Donners kommt. Der Ausbruch erreicht uns in der Regel schneller. Dies bedeutet, dass es eine höhere Geschwindigkeit als der Ton hat. Was ist der Grund dafür? Was ist die Lichtgeschwindigkeit und wie wird sie gemessen?

Was ist die Lichtgeschwindigkeit?

Lassen Sie uns zunächst die Lichtgeschwindigkeit verstehen. Wissenschaftlich gesehen ist dies eine solche Größe, die zeigt, wie schnell sich die Strahlen im Vakuum oder in der Luft bewegen. Sie müssen auch wissen, was Licht ist. Dies ist die Strahlung, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird. Die Geschwindigkeit hängt von den Umgebungsbedingungen sowie anderen Eigenschaften ab, z. B. der Brechung.

Interessante Tatsache: Es dauert 1,25 Sekunden, bis das Licht von der Erde zu einem Satelliten, dem Mond, gelangt.

Was ist die Lichtgeschwindigkeit in Ihren eigenen Worten?

Einfach ausgedrückt ist die Lichtgeschwindigkeit die Zeitspanne, über die sich ein Lichtstrahl über eine beliebige Strecke bewegt. Die Zeit wird normalerweise in Sekunden gemessen. Einige Wissenschaftler verwenden jedoch unterschiedliche Einheiten. Die Entfernung wird auch auf verschiedene Arten gemessen. Grundsätzlich - das ist ein Meter. Das heißt, dieser Wert wird in m / s berücksichtigt. Die Physik erklärt dies wie folgt: Ein Phänomen, das sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit (Konstante) bewegt.

Schauen wir uns zum besseren Verständnis das folgende Beispiel an. Der Radfahrer bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 20 km / h. Er will den Fahrer des Autos einholen, dessen Geschwindigkeit 25 km / h beträgt. Wenn Sie zählen, fährt das Auto 5 km / h schneller als ein Radfahrer. Mit Lichtstrahlen sind die Dinge anders. Egal wie schnell sich die ersten und zweiten Menschen bewegen, das Licht bewegt sich in Bezug auf sie mit konstanter Geschwindigkeit.

Was ist die Lichtgeschwindigkeit?

Wenn Sie sich nicht im Vakuum befinden, beeinflussen verschiedene Bedingungen das Licht. Die Substanz, durch die die Strahlen gehen, einschließlich. Wenn sich die Anzahl der Meter pro Sekunde ohne Sauerstoffzugang nicht ändert, ändert sich in einer Umgebung mit Luftzugang der Wert.

Licht wandert langsamer durch verschiedene Materialien wie Glas, Wasser und Luft. Dieses Phänomen erhält einen Brechungsindex, um zu beschreiben, um wie viel sie die Bewegung des Lichts verlangsamen. Glas hat einen Brechungsindex von 1,5, was bedeutet, dass Licht mit einer Geschwindigkeit von etwa 200.000 Kilometern pro Sekunde durch das Glas fällt. Der Brechungsindex von Wasser beträgt 1,3 und der Brechungsindex von Luft beträgt etwas mehr als 1, was bedeutet, dass Luft das Licht nur geringfügig verlangsamt.

Daher verlangsamt sich die Geschwindigkeit nach dem Durchgang durch Luft oder Flüssigkeit und wird geringer als im Vakuum. Beispielsweise beträgt in verschiedenen Reservoirs die Bewegungsgeschwindigkeit der Strahlen 0,75 der Geschwindigkeit im Raum. Bei einem Standarddruck von 1,01 bar verlangsamt sich die Rate um 1,5 bis 2%. Das heißt, unter terrestrischen Bedingungen variiert die Lichtgeschwindigkeit in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen.

Für ein solches Phänomen entwickelten sie ein spezielles Konzept - die Brechung. Das heißt, die Lichtbrechung. Es ist in verschiedenen Erfindungen weit verbreitet. Ein Refraktor ist beispielsweise ein Teleskop mit einem optischen System. Mit dieser Hilfe werden auch Ferngläser und andere Geräte hergestellt, deren Kern die Verwendung von Optiken ist.

Im Allgemeinen kann der kleinste Strahl durch Durchgang durch gewöhnliche Luft gebrochen werden. Beim Durchgang durch ein speziell hergestelltes optisches Glas beträgt die Geschwindigkeit ungefähr 195.000 Kilometer pro Sekunde. Dies sind fast 105.000 km / s weniger als die Konstante.

Der genaueste Wert der Lichtgeschwindigkeit

Physiker haben im Laufe der Jahre Erfahrungen in der Erforschung der Geschwindigkeit von Lichtstrahlen gesammelt. Im Moment ist der genaueste Wert der Lichtgeschwindigkeit 299.792 Kilometer pro Sekunde. Die Konstante wurde 1933 gegründet. Die Nummer ist immer noch relevant.

Bei der Bestimmung des Indikators traten jedoch weitere Schwierigkeiten auf.Dies war auf einen Zählerfehler zurückzuführen. Jetzt hängt das Messgerät selbst direkt von der Lichtgeschwindigkeit ab. Dies entspricht der Entfernung, die die Strahlen in einer bestimmten Anzahl von Sekunden zurücklegen - 1 / Lichtgeschwindigkeit.

Was ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum?

Da Licht im Vakuum nicht von verschiedenen Bedingungen beeinflusst wird, ändert sich seine Geschwindigkeit nicht wie auf der Erde. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beträgt 299.792 Kilometer pro Sekunde. Ein solcher Indikator ist die Grenze. Es wird angenommen, dass sich nichts auf der Welt schneller bewegen kann, selbst kosmische Körper, die sich ziemlich schnell bewegen.

Zum Beispiel fliegt ein Jäger, eine Boeing X-43, die die Schallgeschwindigkeit um fast das Zehnfache (mehr als 11.000 km / h) überschreitet, langsamer als ein Strahl. Letzterer bewegt sich mehr als 96.000 Stundenkilometer schneller.

Wie wurde die Lichtgeschwindigkeit gemessen?

Die ersten Wissenschaftler versuchten, diesen Wert zu messen. Es wurden verschiedene Methoden angewendet. In der Antike glaubten die Wissenschaftler, dass es unendlich ist, daher ist es unmöglich, es zu messen. Diese Meinung blieb lange Zeit bis zum 16.-17. Jahrhundert bestehen. In jenen Tagen erschienen andere Wissenschaftler, die vorschlugen, dass der Strahl ein Ende hat und dass die Geschwindigkeit gemessen werden kann.

Der berühmte Astronom aus Dänemark, Olaf Roemer, brachte das Wissen über die Lichtgeschwindigkeit auf ein neues Niveau. Er bemerkte, dass die Sonnenfinsternis von Jupiters Mond spät ist. Bisher hat niemand darauf geachtet. Folglich beschloss er, die Geschwindigkeit zu berechnen.

Er gab eine ungefähre Geschwindigkeit an, die ungefähr 220.000 Kilometern pro Sekunde entsprach. Später nahm ein Wissenschaftler aus England, James Bradley, die Studie auf. Obwohl er nicht ganz richtig lag, näherte er sich leicht den aktuellen Forschungsergebnissen.

Nach einiger Zeit interessierten sich die meisten Wissenschaftler für diese Menge. Die Forschung umfasste Menschen aus verschiedenen Ländern. Bis in die 70er Jahre des 20. Jahrhunderts gab es jedoch keine grandiosen Entdeckungen. Seit den 1970er Jahren, als sie Laser und Master (Quantengeneratoren) entwickelten, haben Wissenschaftler geforscht und die genaue Geschwindigkeit ermittelt. Der aktuelle Wert ist seit 1983 relevant. Nur kleine Fehler behoben.

Galileos Erfahrung

Ein Wissenschaftler aus Italien überraschte alle Forscher dieser Jahre mit der Einfachheit und Genialität seiner Erfahrung. Es gelang ihm, die Lichtgeschwindigkeit mit gewöhnlichen Werkzeugen zu messen, die ihm zur Verfügung standen.

Er und sein Assistent bestiegen die benachbarten Hügel, nachdem sie zuvor die Entfernung zwischen ihnen berechnet hatten. Sie nahmen die brennenden Laternen und rüsteten sie mit Klappen aus, die die Lichter öffnen und schließen. Beim Öffnen und Schließen des Lichts versuchten sie wiederum, die Lichtgeschwindigkeit zu berechnen. Galileo und der Assistent wussten im Voraus, mit welcher Verzögerung sie das Licht öffnen und schließen würden. Wenn einer geöffnet hat, macht der andere dasselbe.

Das Experiment war jedoch ein Fehlschlag. Damit es funktioniert, müssten Wissenschaftler in einem Abstand von Millionen von Kilometern voneinander stehen.

Die Erfahrung von Römer und Bradley

Diese Studie wurde bereits oben kurz geschrieben. Dies ist eine der fortschrittlichsten Erfahrungen der Zeit. Römer nutzte astronomisches Wissen, um die Geschwindigkeit der Strahlen zu messen. Es geschah im Jahr 76 des 17. Jahrhunderts.

Der Forscher beobachtete Io (den Satelliten des Jupiter) durch ein Teleskop. Er entdeckte das folgende Muster: Je mehr sich unser Planet vom Jupiter entfernt, desto größer ist die Verzögerung der Sonnenfinsternis von Io. Die größte Verzögerung betrug 21-22 Minuten.

Unter der Annahme, dass sich der Satellit in einer Entfernung entfernt, die der Länge des Durchmessers der Umlaufbahn entspricht, teilte der Wissenschaftler die Entfernung durch die Zeit. Infolgedessen erhielt er 214.000 Kilometer pro Sekunde. Obwohl diese Studie als sehr ungefähr angesehen wird, weil die Entfernung ungefähr war, näherte sie sich dem aktuellen Indikator.

Im 18. Jahrhundert ergänzte James Bradley die Studie. Zu diesem Zweck verwendete er Aberration - eine Änderung der Position des kosmischen Körpers aufgrund der Bewegung der Erde um die Sonne. James maß den Aberrationswinkel und als er die Geschwindigkeit unseres Planeten kannte, erhielt er einen Wert von 301.000 Kilometern pro Sekunde.

Fizeau Erfahrung

Forscher und normale Menschen standen den Erfahrungen von Römer und James Bradley skeptisch gegenüber. Trotzdem waren die Ergebnisse der Wahrheit am nächsten und über ein Jahrhundert lang relevant. Im 19. Jahrhundert trug Arman Fizeau, ein Wissenschaftler aus der französischen Hauptstadt Paris, zur Messung dieser Größe bei. Er benutzte die Drehverschlussmethode. Ebenso wie Galileo Galilei mit seinem Assistenten beobachtete Fizeau keine Himmelskörper, sondern untersuchte im Labor.

Das Prinzip der Erfahrung ist einfach. Ein Lichtstrahl war auf den Spiegel gerichtet. Als er davon reflektierte, ging Licht durch die Zähne des Rades. Dann traf es auf eine andere reflektierende Oberfläche, die sich in einer Entfernung von 8,6 km befand. Das Rad wurde mit zunehmender Geschwindigkeit gedreht, bis der Strahl in der nächsten Lücke sichtbar war. Nach Berechnungen erhielt der Wissenschaftler ein Ergebnis von 313 Tausend km / s.

Später wurde die Studie vom französischen Physiker und Astronomen Leon Foucault wiederholt und erhielt ein Ergebnis von 298.000 km / s. Das genaueste Ergebnis zu diesem Zeitpunkt. Spätere Messungen wurden mit Lasern und Masern durchgeführt.

Ist Superluminalgeschwindigkeit möglich?

Es gibt Objekte, die schneller als die Lichtgeschwindigkeit sind. Zum Beispiel Sonnenstrahlen, Schatten, Wellenschwingungen. Obwohl sie theoretisch eine Superluminalgeschwindigkeit entwickeln können, stimmt die von ihnen emittierte Energie nicht mit ihrem Bewegungsvektor überein.

Wenn ein Lichtstrahl beispielsweise durch Glas oder Wasser geht, können Elektronen ihn überholen. Ihre Bewegungsgeschwindigkeit ist nicht begrenzt. Daher bewegt sich Licht unter solchen Bedingungen nicht schneller als jeder andere.

Dieses Phänomen nennt man Vavilov-Cherenkov-Effekt. Am häufigsten in tiefen Stauseen und Reaktoren gefunden.