Πώς γνωρίζετε την ταχύτητα ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος σε κενό;

Η ταχύτητα ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος σε ένα κενό, που υποδηλώνεται από το γράμμα «C», είναι μια θεμελιώδη σταθερά της φύσης. Γνωρίζουμε την αξία του μέσω ενός συνδυασμού πειραματικών μετρήσεων και θεωρητικής κατανόησης. Εδώ είναι:

1. Οι εξισώσεις του Maxwell:

* Τον 19ο αιώνα, ο James Clerk Maxwell διατύπωσε ένα σύνολο εξισώσεων που ενοποιείται η ηλεκτρική ενέργεια και ο μαγνητισμός. Αυτές οι εξισώσεις προέβλεπαν την ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και παρείχαν επίσης έναν τρόπο να υπολογίσουν την ταχύτητά τους.

* Οι εξισώσεις του Maxwell σχετίζονται με την ταχύτητα του φωτός (γ) στη διαπερατότητα (ε, ε) και τη διαπερατότητα (μ₀) του ελεύθερου χώρου:

* c =1 / √ (ε, εμ)

2. Πειραματική επαλήθευση:

* Άμεση μέτρηση: Η ταχύτητα του φωτός μετρήθηκε απευθείας χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές, όπως:

* Πειράματα περιστροφής καθρέφτη: Αυτά τα πειράματα χρησιμοποιούν καθρέφτες που περιστρέφονται με υψηλές ταχύτητες για να μετρήσουν το χρόνο που χρειάζεται για να ταξιδέψει το φως σε μια γνωστή απόσταση.

* Συμβολομετρία: Αυτή η τεχνική χρησιμοποιεί τα πρότυπα παρεμβολής των φωτεινών κυμάτων για να μετρήσει την ταχύτητα του φωτός με υψηλή ακρίβεια.

* Έμμεσες μετρήσεις: Η ταχύτητα του φωτός μπορεί επίσης να συναχθεί έμμεσα παρατηρώντας τη συμπεριφορά του φωτός σε διαφορετικές καταστάσεις:

* Μέτρηση της συχνότητας και του μήκους κύματος του φωτός: Η ταχύτητα του φωτός είναι το προϊόν της συχνότητας και του μήκους κύματος (c =fλ). Με την ακριβή μέτρηση αυτών των τιμών, η ταχύτητα του φωτός μπορεί να προσδιοριστεί.

* Παρατηρώντας την εκτροπή του φωτός με μαζικά αντικείμενα: Η κάμψη του φωτός γύρω από τα μαζικά αντικείμενα, όπως προβλέπεται από τη γενική σχετικότητα, εξαρτάται από την ταχύτητα του φωτός.

3. Η τιμή του 'c':

* Μέσα από αυτές τις διάφορες πειραματικές και θεωρητικές μεθόδους, η ταχύτητα του φωτός σε ένα κενό έχει καθοριστεί περίπου 299.792.458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο (m/s) .

* Αυτή η τιμή είναι τόσο θεμελιώδης που χρησιμοποιείται τώρα για τον καθορισμό του μήκους ενός μετρητή, καθιστώντας την ακριβή τιμή.

Συνοπτικά, οι γνώσεις μας για την ταχύτητα του φωτός σε ένα κενό προέρχονται από ένα συνδυασμό θεωρητικών προβλέψεων που βασίζονται στις εξισώσεις του Maxwell και από μια πληθώρα πειραματικών μετρήσεων που επιβεβαίωσαν αυτές τις προβλέψεις.