Πώς γνωρίζετε την ταχύτητα ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος σε κενό;

Η ταχύτητα ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος σε ένα κενό είναι μια θεμελιώδης σταθερά της φύσης, που υποδηλώνεται από το σύμβολο c . Δείτε πώς γνωρίζουμε την αξία του:

1. Οι εξισώσεις του Maxwell:

* Ο James Clerk Maxwell, τον 19ο αιώνα, ανέπτυξε ένα σύνολο εξισώσεων που περιγράφουν τη συμπεριφορά των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων. Αυτές οι εξισώσεις αποκάλυψαν μια θεμελιώδη σχέση μεταξύ της ταχύτητας του φωτός, της διαπερατότητας του ελεύθερου χώρου (ε,) και της διαπερατότητας του ελεύθερου χώρου (μ₀).

* Η εξίσωση είναι: c =1 / √ (εμζ)

2. Πειραματική επαλήθευση:

* Το πείραμα του Fizeau (1849): Ο ιππολέας Fizeau μέτρησε την ταχύτητα του φωτός χρησιμοποιώντας έναν περιστρεφόμενο οδοντωτό τροχό και έναν καθρέφτη. Έλαμψε φως μέσα από τα κενά στον περιστρεφόμενο τροχό και το αντανακλούσε πίσω στον εαυτό του. Με τη μέτρηση της ταχύτητας περιστροφής του τροχού και της απόστασης που ταξίδεψε το φως, υπολόγισε την ταχύτητα του φωτός.

* πείραμα Michelson-Morley (1887): Αυτό το πείραμα προσπάθησε να ανιχνεύσει ένα υποθετικό μέσο που ονομάζεται "φωτεινό αιθέρα" μέσω του οποίου το φως θεωρήθηκε ότι διαδίδεται. Το πείραμα απέτυχε να ανιχνεύσει αυτό το μέσο, ​​οδηγώντας τελικά στην ειδική θεωρία της σχετικότητας.

* Σύγχρονες τεχνικές: Σήμερα, η ταχύτητα του φωτός μετράται με απίστευτη ακρίβεια χρησιμοποιώντας εξελιγμένες τεχνικές όπως η συμβολομετρία και η φασματοσκοπία λέιζερ.

3. Ο ρόλος του κενού:

* Η ταχύτητα του φωτός σε ένα κενό είναι η υψηλότερη δυνατή ταχύτητα για κάθε φυσική οντότητα.

* Η ταχύτητα του φωτός σε ένα μέσο (όπως ο αέρας ή το νερό) είναι πάντα πιο αργή από ό, τι σε κενό επειδή το φως αλληλεπιδρά με τα άτομα και τα μόρια του μέσου.

Τιμή της ταχύτητας του φωτός:

Η ταχύτητα του φωτός σε κενό, c , είναι περίπου:

* 299,792,458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο (m/s)

Σημασία:

Η ταχύτητα του φωτός είναι μια κρίσιμη σταθερά στη φυσική, παίζοντας θεμελιώδες ρόλο σε:

* Ειδική σχετικότητα: Η θεωρία της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν βασίζεται στην αρχή ότι η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή για όλους τους παρατηρητές, ανεξάρτητα από τη δική τους κίνηση.

* Ηλεκτρομαγνητισμός: Η ταχύτητα του φωτός σχετίζεται άμεσα με τις θεμελιώδεις σταθερές της ηλεκτρικής ενέργειας και του μαγνητισμού.

* Κοσμολογία: Η ταχύτητα του φωτός χρησιμοποιείται για τη μέτρηση των αποστάσεων στο σύμπαν και για την κατανόηση της επέκτασης του σύμπαντος.

Συνοπτικά, γνωρίζουμε την ταχύτητα του φωτός σε ένα κενό μέσω ενός συνδυασμού των εξισώσεων του Maxwell, της πειραματικής επαλήθευσης και του θεμελιώδους ρόλου του σε διάφορους τομείς της φυσικής.