Ποια είναι η Ταχύτητα του Φωτός;

Η ταχύτητα φωτός είναι ο ρυθμός με τον οποίο το φως ταξιδεύει. Η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι μια σταθερή τιμή που συμβολίζεται με το γράμμα c και ορίζεται ως ακριβώς 299.792.458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Ορατό φως, άλλη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, κύματα βαρύτητας και άλλα σωματίδια χωρίς μάζα ταξιδεύουν στο γ. Η ύλη, που έχει μάζα, μπορεί να πλησιάσει την ταχύτητα του φωτός, αλλά ποτέ να μην την φτάσει.

Τιμή για την ταχύτητα του φωτός σε διαφορετικές μονάδες

Ακολουθούν τιμές για την ταχύτητα του φωτός σε διάφορες μονάδες:

299.792.458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο (ακριβής αριθμός)
299.792 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο (στρογγυλεμένα)
3×10 m/s (στρογγυλεμένα)
186.000 μίλια ανά δευτερόλεπτο (στρογγυλεμένα)
671.000.000 μίλια την ώρα (στρογγυλεμένα)
1.080.000.000 χιλιόμετρα την ώρα (στρογγυλεμένα)

Είναι πραγματικά σταθερή η ταχύτητα του φωτός;

Η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι σταθερή. Ωστόσο, οι επιστήμονες διερευνούν εάν η ταχύτητα του φωτός έχει αλλάξει με την πάροδο του χρόνου.

Επίσης, ο ρυθμός με τον οποίο το φως ταξιδεύει αλλάζει καθώς διέρχεται από ένα μέσο. Ο δείκτης διάθλασης περιγράφει αυτή την αλλαγή. Για παράδειγμα, ο δείκτης διάθλασης του νερού είναι 1,333, που σημαίνει ότι το φως ταξιδεύει 1,333 φορές πιο αργά στο νερό από ότι στο κενό. Ο δείκτης διάθλασης ενός διαμαντιού είναι 2,417. Ένα διαμάντι επιβραδύνει την ταχύτητα του φωτός περισσότερο από το ήμισυ της ταχύτητάς του στο κενό.

Πώς να μετρήσετε την ταχύτητα του φωτός

Ένας τρόπος μέτρησης της ταχύτητας του φωτός χρησιμοποιεί μεγάλες αποστάσεις, όπως μακρινά σημεία στη Γη ή γνωστές αποστάσεις μεταξύ της Γης και των αστρονομικών αντικειμένων. Για παράδειγμα, μπορείτε να μετρήσετε την ταχύτητα του φωτός μετρώντας το χρόνο που χρειάζεται για να ταξιδέψει το φως από μια πηγή φωτός σε έναν μακρινό καθρέφτη και να επιστρέψει ξανά. Ο άλλος τρόπος μέτρησης της ταχύτητας του φωτός είναι η επίλυση του c σε εξισώσεις. Τώρα που ορίζεται η ταχύτητα του φωτός, είναι σταθερή και όχι μετρημένη. Η μέτρηση της ταχύτητας του φωτός σήμερα μετρά έμμεσα το μήκος του μέτρου, αντί για c .

Ιστορικό

Το 1676, ο Δανός αστρονόμος Ole Rømer ανακάλυψε ότι το φως ταξιδεύει με ταχύτητα μελετώντας την κίνηση του φεγγαριού του Δία Io. Πριν από αυτό, φαινόταν ότι το φως διαδόθηκε ακαριαία. Για παράδειγμα, βλέπετε αμέσως έναν κεραυνό, αλλά δεν ακούτε βροντή παρά μόνο μετά το συμβάν. Έτσι, το εύρημα του Rømer έδειξε ότι το φως χρειάζεται χρόνο για να ταξιδέψει, αλλά οι επιστήμονες δεν γνώριζαν την ταχύτητα του φωτός ή αν ήταν σταθερή. Το 1865, ο James Clerk Maxwell πρότεινε ότι το φως ήταν ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα που ταξίδευε με ταχύτητα c . Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν πρότεινε το γ ήταν σταθερά και ότι δεν άλλαζε ανάλογα με το πλαίσιο αναφοράς του παρατηρητή ή οποιαδήποτε κίνηση μιας φωτεινής πηγής. Με άλλα λόγια, ο Αϊνστάιν πρότεινε ότι η ταχύτητα του φωτός είναι αμετάβλητη . Έκτοτε, πολλά πειράματα έχουν επαληθεύσει την αναλλοίωτη του c .

Είναι δυνατόν να πάτε πιο γρήγορα από το φως;

Το ανώτατο όριο ταχύτητας για σωματίδια χωρίς μάζα είναι c . Τα αντικείμενα που έχουν μάζα δεν μπορούν να ταξιδέψουν με την ταχύτητα του φωτός ή να την υπερβούν. Μεταξύ άλλων λόγων, το ταξίδι στο c δίνει σε ένα αντικείμενο μήκος μηδέν και άπειρη μάζα. Η επιτάχυνση μιας μάζας στην ταχύτητα του φωτός απαιτεί άπειρη ενέργεια. Επιπλέον, η ενέργεια, τα σήματα και οι μεμονωμένες φωτογραφίες δεν μπορούν να ταξιδέψουν πιο γρήγορα από το c . Με την πρώτη ματιά, η κβαντική εμπλοκή φαίνεται να μεταδίδει πληροφορίες πιο γρήγορα από το c . Όταν δύο σωματίδια μπλέκονται, η αλλαγή της κατάστασης ενός σωματιδίου καθορίζει στιγμιαία την κατάσταση του άλλου σωματιδίου, ανεξάρτητα από την απόσταση μεταξύ τους. Ωστόσο, οι πληροφορίες δεν μπορούν να μεταδοθούν στιγμιαία (γρηγορότερα από c ) επειδή δεν είναι δυνατός ο έλεγχος της αρχικής κβαντικής κατάστασης του σωματιδίου όταν παρατηρείται.

Ωστόσο, ταχύτητες μεγαλύτερες από το φως εμφανίζονται στη φυσική. Για παράδειγμα, η ταχύτητα φάσης των ακτίνων Χ μέσω του γυαλιού συχνά υπερβαίνει το c. Ωστόσο, οι πληροφορίες δεν μεταφέρονται από τα κύματα ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός. Οι μακρινοί γαλαξίες φαίνεται να απομακρύνονται από τη Γη ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός (εκτός μιας απόστασης που ονομάζεται σφαίρα Hubble), αλλά η κίνηση δεν οφείλεται στους γαλαξίες που ταξιδεύουν στο διάστημα. Αντίθετα, ο ίδιος ο χώρος επεκτείνεται. Έτσι και πάλι, καμία πραγματική κίνηση δεν είναι ταχύτερη από το c εμφανίζεται.

Αν και δεν είναι δυνατό να πάτε πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός, δεν σημαίνει απαραίτητα ότι η κίνηση στη στροφή ή άλλο ταξίδι ταχύτερο από το φως είναι αδύνατον. Το κλειδί για να πηγαίνεις πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός είναι να αλλάξεις το χωροχρόνο. Οι τρόποι που μπορεί να συμβεί αυτό περιλαμβάνουν τη δημιουργία σήραγγας με χρήση σκουληκότρυπων ή την επέκταση του χωροχρόνου σε μια «φούσκα στημονιού» γύρω από ένα διαστημόπλοιο. Ωστόσο, μέχρι στιγμής αυτές οι θεωρίες δεν έχουν πρακτική εφαρμογή.

Αναφορές

Brillouin, L. (1960). Διάδοση Κυμάτων και Ομαδική Ταχύτητα. Ακαδημαϊκός Τύπος.
Ellis, G.F.R.; Uzan, J.-P. (2005). «Το «c» είναι η ταχύτητα του φωτός, έτσι δεν είναι;». American Journal of Physics . 73 (3):240–27. doi:10.1119/1.1819929
Helmcke, J.; Riehle, F. (2001). «Η φυσική πίσω από τον ορισμό του μετρητή». Στο Quinn, T.J.; Leschiutta, S.; Tavella, P. (επιμ.). Πρόσφατες εξελίξεις στη μετρολογία και τις θεμελιώδεις σταθερές . IOS Press. Π. 453. ISBN 978-1-58603-167-1.
Newcomb, S. (1886). «Η Ταχύτητα του Φωτός». Φύση . 34 (863):29–32. doi:10.1038/034029c0
Uzan, J.-P. (2003). «Οι θεμελιώδεις σταθερές και η διακύμανσή τους:κατάσταση παρατήρησης και θεωρητικά κίνητρα». Κριτικές της σύγχρονης φυσικής . 75 (2):403. doi:10.1103/RevModPhys.75.403