Qual è il valore numerico della velocità della luce. Perché la velocità della luce è costante sulle tue dita™

Sebbene nella vita di tutti i giorni sia raro che qualcuno possa calcolare direttamente quale sia la velocità della luce, l'interesse per questo problema si manifesta durante l'infanzia. Sorprendentemente, tutti noi incontriamo ogni giorno il segno della costante di velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche. La velocità della luce è una grandezza fondamentale grazie alla quale l'intero Universo esiste esattamente come lo conosciamo.

Sicuramente tutti, guardando durante l'infanzia un lampo e il successivo tuono, hanno cercato di capire cosa ha causato il ritardo tra il primo e il secondo fenomeno. Un semplice ragionamento mentale ha portato rapidamente a una conclusione logica: la velocità della luce e del suono sono diverse. Questa è la prima introduzione a due importanti quantità fisiche. Successivamente, qualcuno ha ricevuto le conoscenze necessarie e ha potuto facilmente spiegare cosa stava succedendo. Cosa causa lo strano comportamento del tuono? La risposta è che la velocità della luce, che è di circa 300mila km/s, è quasi un milione di volte superiore alla velocità di propagazione nell'aria (330 m/s). Pertanto, una persona vede prima dai fulmini e solo dopo un po 'sente il ruggito del tuono. Ad esempio, se la distanza dall'epicentro all'osservatore è di 1 km, la luce coprirà questa distanza in 3 microsecondi, ma il suono impiegherà fino a 3 s. Conoscendo la velocità della luce e il tempo di ritardo tra il lampo e il tuono, puoi calcolare la distanza.

I tentativi di misurarlo sono stati fatti da molto tempo. Adesso è piuttosto divertente leggere degli esperimenti condotti, tuttavia, in quei tempi lontani, prima dell'avvento degli strumenti di precisione, tutto era più che serio. Nel tentativo di scoprire quale sia la velocità della luce, è stato effettuato un esperimento interessante. A un'estremità della carrozza di un treno in corsa c'era un uomo con un cronometro preciso, e sul lato opposto il suo assistente della squadra apriva l'otturatore della lampada. Secondo l'idea, il cronometro avrebbe dovuto consentire di determinare la velocità di propagazione dei fotoni della luce. Inoltre, cambiando la posizione della lampada e del cronometro (mantenendo la direzione di movimento del treno), sarebbe possibile scoprire se la velocità della luce è costante, oppure se può essere aumentata/diminuita (a seconda la direzione del raggio, teoricamente, la velocità del treno potrebbe influenzare la velocità misurata nell'esperimento). Naturalmente, l'esperimento fu un fallimento, poiché la velocità della luce e la registrazione da parte di un cronometro non sono paragonabili.

Per la prima volta la misurazione più accurata fu effettuata nel 1676 grazie alle osservazioni di Olaf Roemer che notò che l'aspetto reale di Io e i dati calcolati differivano di 22 minuti. Man mano che i pianeti si avvicinavano, il ritardo diminuiva. Conoscendo la distanza era possibile calcolare la velocità della luce. Erano circa 215 mila km/s. Poi, nel 1926, D. Bradley, mentre studiava i cambiamenti nelle posizioni apparenti delle stelle (aberrazione), attirò l'attenzione su uno schema. La posizione della stella cambiava a seconda del periodo dell'anno. Di conseguenza, la posizione del pianeta rispetto al Sole ha avuto un'influenza. Si può dare un'analogia: gocce di pioggia. Senza vento volano verticalmente verso il basso, ma non appena corrono la loro traiettoria apparente cambia. Conoscendo la velocità di rotazione del pianeta attorno al Sole, è stato possibile calcolare la velocità della luce. Ammontava a 301 mila km/s.

Nel 1849 A. Fizeau condusse il seguente esperimento: tra una sorgente luminosa e uno specchio, distante 8 km, ce n'era uno rotante. La velocità della sua rotazione fu aumentata finché nell'intervallo successivo il flusso di luce riflessa si trasformò in un flusso costante (senza sfarfallio). I calcoli hanno dato 315 mila km/s. Tre anni dopo, L. Foucault utilizzò uno specchio rotante e ricevette 298 mila km/s.

Gli esperimenti successivi sono diventati sempre più accurati, tenendo conto della rifrazione nell'aria, ecc. Attualmente, i dati ottenuti utilizzando un orologio al cesio e un raggio laser sono considerati rilevanti. Secondo loro equivarrebbe a 299mila km/s.

Nel 1676 l'astronomo danese Ole Römer fece la prima stima approssimativa della velocità della luce. Roemer notò una leggera discrepanza nella durata delle eclissi delle lune di Giove e concluse che il movimento della Terra, avvicinandosi o allontanandosi da Giove, cambiava la distanza che la luce riflessa dai satelliti doveva percorrere.

Misurando l'entità di questa discrepanza, Roemer calcolò che la velocità della luce è di 219.911 chilometri al secondo. In un successivo esperimento del 1849, il fisico francese Armand Fizeau scoprì che la velocità della luce era di 312.873 chilometri al secondo.

Come mostrato nella figura sopra, l'apparato sperimentale di Fizeau consisteva in una sorgente luminosa, uno specchio traslucido che riflette solo metà della luce che cade su di esso, consentendo al resto di passare attraverso una ruota dentata rotante e uno specchio fisso. Quando la luce colpiva lo specchio traslucido, veniva riflessa su una ruota dentata, che divideva la luce in raggi. Dopo essere passato attraverso un sistema di lenti focalizzanti, ciascun raggio di luce veniva riflesso da uno specchio fisso e ritornava alla ruota dentata. Effettuando misurazioni precise della velocità con cui la ruota dentata bloccava i raggi riflessi, Fizeau riuscì a calcolare la velocità della luce. Il suo collega Jean Foucault migliorò questo metodo un anno dopo e scoprì che la velocità della luce è di 297.878 chilometri al secondo. Questo valore differisce poco dal valore moderno di 299.792 chilometri al secondo, che viene calcolato moltiplicando la lunghezza d'onda e la frequenza della radiazione laser.

L'esperimento di Fizeau

Come mostrato nelle immagini sopra, la luce viaggia in avanti e ritorna indietro attraverso lo stesso spazio tra i denti della ruota quando la ruota gira lentamente (immagine in basso). Se la ruota gira velocemente (immagine in alto), un ingranaggio adiacente blocca la luce di ritorno.

I risultati di Fizeau

Posizionando lo specchio a 8,64 chilometri dall'ingranaggio, Fizeau determinò che la velocità di rotazione dell'ingranaggio necessaria per bloccare il raggio di luce di ritorno era di 12,6 giri al secondo. Conoscendo queste cifre, nonché la distanza percorsa dalla luce e la distanza che l'ingranaggio doveva percorrere per bloccare il fascio luminoso (pari all'ampiezza dello spazio tra i denti della ruota), calcolò che il fascio luminoso impiegava 0,000055 secondi per percorrere la distanza dall'ingranaggio allo specchio e ritorno. Dividendo a questo punto la distanza totale percorsa dalla luce di 17,28 chilometri, Fizeau ottenne un valore per la sua velocità di 312873 chilometri al secondo.

L'esperimento di Foucault

Nel 1850, il fisico francese Jean Foucault migliorò la tecnica di Fizeau sostituendo la ruota dentata con uno specchio rotante. La luce proveniente dalla sorgente raggiungeva l'osservatore solo quando lo specchio completava una rotazione completa di 360° durante l'intervallo di tempo tra la partenza e il ritorno del fascio luminoso. Utilizzando questo metodo, Foucault ottenne un valore per la velocità della luce di 297878 chilometri al secondo.

L'accordo finale nella misurazione della velocità della luce.

L'invenzione dei laser ha consentito ai fisici di misurare la velocità della luce con una precisione molto maggiore che mai. Nel 1972, gli scienziati del National Institute of Standards and Technology misurarono attentamente la lunghezza d'onda e la frequenza di un raggio laser e registrarono che la velocità della luce, il prodotto di queste due variabili, era di 299.792.458 metri al secondo (186.282 miglia al secondo). Una delle conseguenze di questa nuova misurazione fu la decisione della Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure di adottare come metro standard (3,3 piedi) la distanza percorsa dalla luce in 1/299.792.458 di secondo. Così / la velocità della luce, la costante fondamentale più importante in fisica, viene ora calcolata con un'affidabilità molto elevata e il metro di riferimento può essere determinato in modo molto più accurato che mai.

epigrafe
L'insegnante chiede: Bambini, qual è la cosa più veloce del mondo?
Tanechka dice: La parola più veloce. Ho appena detto che non tornerai.
Vanechka dice: No, la luce è la più veloce.
Non appena ho premuto l'interruttore, la stanza si è subito illuminata.
E Vovochka obietta: la cosa più veloce del mondo è la diarrea.
Una volta ero così impaziente che non dissi una parola
Non ho avuto il tempo di dire nulla o di accendere la luce.

Ti sei mai chiesto perché la velocità della luce è massima, finita e costante nel nostro Universo? Questa è una domanda molto interessante e subito, come spoiler, svelerò il terribile segreto della risposta: nessuno sa esattamente perché. Viene presa la velocità della luce, cioè mentalmente accettato per una costante, e su questo postulato, così come sull'idea che tutti i sistemi di riferimento inerziali sono uguali, Albert Einstein costruì la sua teoria della relatività speciale, che ha fatto incazzare gli scienziati per cento anni, permettendo ad Einstein di ficcarsi la lingua guardare il mondo impunemente e sorridere nella sua tomba per le dimensioni del maiale che ha piantato su tutta l'umanità.

Ma perché, in effetti, è così costante, così massimo e così finale, non c'è risposta, questo è solo un assioma, ad es. un'affermazione presa per fede, confermata dalle osservazioni e dal buon senso, ma non deducibile logicamente o matematicamente da nessuna parte. Ed è molto probabile che non sia così vero, ma nessuno è ancora riuscito a confutarlo con alcuna esperienza.

Ho i miei pensieri su questo argomento, ne parleremo più avanti, ma per ora, manteniamo le cose semplici, sulle tue dita™ Proverò a rispondere almeno ad una parte: cosa significa "costante" la velocità della luce.

No, non ti annoierò con esperimenti mentali su cosa accadrebbe se accendessi i fari di un razzo che vola alla velocità della luce, ecc., ora è un po' fuori tema.

Se guardi in un libro di consultazione o su Wikipedia, la velocità della luce nel vuoto è definita come una costante fisica fondamentale esattamente pari a 299.792.458 m/s. Bene, grosso modo saranno circa 300.000 km/s, ma se completamente giusto- 299.792.458 metri al secondo.

Sembrerebbe, da dove viene tale precisione? Qualsiasi costante matematica o fisica, qualunque cosa, anche Pi, anche la base del logaritmo naturale e, anche la costante gravitazionale G, o costante di Planck H, contenerne sempre alcuni numeri dopo la virgola. Nel Pi greco si conoscono attualmente circa 5 trilioni di queste cifre decimali (sebbene solo le prime 39 cifre abbiano un significato fisico), la costante gravitazionale è oggi definita come G ~ 6.67384(80)x10 -11 e la costante Plank H~ 6.62606957(29)x10 -34 .

La velocità della luce nel vuoto è liscio 299.792.458 m/s, né un centimetro in più, né un nanosecondo in meno. Vuoi sapere da dove viene questa precisione?

Tutto è iniziato come al solito con gli antichi greci. Tra loro non esisteva la scienza in quanto tale, nel senso moderno del termine. I filosofi dell'antica Grecia erano chiamati filosofi perché prima inventavano delle stronzate nelle loro teste e poi, utilizzando conclusioni logiche (e talvolta veri esperimenti fisici), cercavano di dimostrarle o smentirle. Tuttavia, l'uso di misurazioni e fenomeni fisici della vita reale è stato da loro considerato una prova di "seconda classe", che non può essere paragonata alle conclusioni logiche di prima classe ottenute direttamente dalla testa.

Il primo a pensare all'esistenza della velocità della luce è considerato il filosofo Empidocle, il quale affermò che la luce è movimento e il movimento deve avere velocità. Gli si oppose Aristotele, il quale sosteneva che la luce è semplicemente la presenza di qualcosa in natura, e questo è tutto. E niente si muove da nessuna parte. Ma questa è un'altra cosa! Euclide e Tolomeo credevano generalmente che la luce venga emessa dai nostri occhi, quindi cada sugli oggetti, e quindi li vediamo. In breve, gli antichi greci erano più stupidi che potevano finché non furono conquistati dagli stessi antichi romani.

Nel Medioevo, la maggior parte degli scienziati continuava a credere che la velocità di propagazione della luce fosse infinita, tra loro c'erano, ad esempio, Cartesio, Keplero e Fermat.

Ma alcuni, come Galileo, credevano che la luce avesse velocità e quindi potesse essere misurata. È ampiamente noto l'esperimento di Galileo, che accese una lampada e diede luce a un assistente situato a diversi chilometri da Galileo. Avendo visto la luce, l'assistente accese la sua lampada e Galileo cercò di misurare il ritardo tra questi momenti. Naturalmente non ci riuscì, e alla fine fu costretto a scrivere nei suoi scritti che se la luce ha una velocità, allora è estremamente elevata e non può essere misurata dallo sforzo umano, e quindi può essere considerata infinita.

La prima misurazione documentata della velocità della luce è attribuita all'astronomo danese Olaf Roemer nel 1676. Entro quest'anno gli astronomi, armati dei telescopi dello stesso Galileo, osservarono attivamente i satelliti di Giove e ne calcolarono persino i periodi di rotazione. Gli scienziati hanno determinato che la luna più vicina a Giove, Io, ha un periodo di rotazione di circa 42 ore. Tuttavia, Roemer ha notato che a volte Io appare da dietro Giove 11 minuti prima del previsto, e talvolta 11 minuti dopo. Come si è scoperto, Io appare prima in quei periodi in cui la Terra, ruotando attorno al Sole, si avvicina a Giove a una distanza minima e resta indietro di 11 minuti quando la Terra si trova nella posizione opposta dell'orbita, e quindi è più lontana da Giove.

Dividendo stupidamente il diametro dell'orbita terrestre (ed era già più o meno noto a quei tempi) per 22 minuti, Roemer ottenne la velocità della luce di 220.000 km/s, mancando il valore reale di circa un terzo.

Nel 1729, l'astronomo inglese James Bradley, osservando parallasse(con una leggera deviazione nella posizione) la stella Etamin (Gamma Draconis) scoprì l'effetto aberrazioni della luce, cioè. un cambiamento nella posizione delle stelle più vicine a noi nel cielo dovuto al movimento della Terra attorno al Sole.

Dall'effetto dell'aberrazione della luce, scoperto da Bradley, si può anche concludere che la luce ha una velocità di propagazione finita, cosa che Bradley ha sfruttato calcolandola pari a circa 301.000 km/s, che rientra già con una precisione dell'1% della velocità di propagazione. il valore oggi conosciuto.

A ciò seguirono tutte le misurazioni chiarificatrici di altri scienziati, ma poiché si credeva che la luce fosse un'onda, e un'onda non può propagarsi da sola, qualcosa deve essere "eccitato", l'idea dell'esistenza di un " sorse l'etere luminifero”, la scoperta della quale il fisico americano Albert Michelson fallì miseramente. Non scoprì alcun etere luminifero, ma nel 1879 chiarì la velocità della luce a 299.910±50 km/s.

Nello stesso periodo Maxwell pubblicò la sua teoria dell'elettromagnetismo, il che significa che la velocità della luce divenne possibile non solo misurarla direttamente, ma anche ricavarla dai valori della permeabilità elettrica e magnetica, cosa che fu fatta chiarendo il valore di la velocità della luce a 299.788 km/s nel 1907.

Infine, Einstein dichiarò che la velocità della luce nel vuoto è costante e non dipende da nulla. Al contrario, tutto il resto - sommare velocità e trovare i sistemi di riferimento corretti, gli effetti della dilatazione del tempo e i cambiamenti delle distanze quando ci si muove ad alta velocità e molti altri effetti relativistici dipendono dalla velocità della luce (perché è inclusa in tutte le formule come una costante). In breve, tutto nel mondo è relativo, e la velocità della luce è la quantità rispetto alla quale tutte le altre cose nel nostro mondo sono relative. Qui forse dovremmo dare la palma a Lorentz, ma non siamo mercantili, Einstein è Einstein.

La determinazione esatta del valore di questa costante è continuata per tutto il XX secolo, e ogni decennio gli scienziati ne hanno trovati sempre di più numeri dopo la virgola alla velocità della luce, finché nelle loro teste cominciarono a sorgere vaghi sospetti.

Determinando in modo sempre più accurato quanti metri percorre la luce nel vuoto al secondo, gli scienziati hanno iniziato a chiedersi: cosa stiamo misurando in metri? Dopotutto, alla fine, un metro è proprio la lunghezza di un bastoncino di platino-iridio che qualcuno ha dimenticato in qualche museo vicino a Parigi!

E all’inizio l’idea di introdurre un contatore standard sembrava ottima. Per non soffrire di iarde, piedi e altre braccia oblique, i francesi nel 1791 decisero di prendere come misura standard di lunghezza un decimilionesimo della distanza dal Polo Nord all'equatore lungo il meridiano passante per Parigi. Misurarono questa distanza con la precisione allora disponibile, fusero un bastoncino di lega di platino-iridio (più precisamente prima ottone, poi platino e poi platino-iridio) e lo misero in questa Camera dei Pesi e delle Misure molto parigina come un campione. Più andiamo avanti, più si scopre che la superficie terrestre sta cambiando, i continenti si stanno deformando, i meridiani si stanno spostando e per una decimilionesima parte se ne sono dimenticati e hanno cominciato a contare come un metro la lunghezza del bastone che giace nella bara di cristallo del "mausoleo" parigino.

Tale idolatria non si addice a un vero scienziato, questa non è la Piazza Rossa (!), e nel 1960 si decise di semplificare il concetto di metro a una definizione del tutto ovvia: il metro è esattamente uguale a 1.650.763,73 lunghezze d'onda emesse dalla transizione di elettroni tra i livelli energetici 2p10 e 5d5 dell'isotopo non eccitato dell'elemento Krypton-86 nel vuoto. Ebbene, quanto più chiaro?

Ciò andò avanti per 23 anni, mentre la velocità della luce nel vuoto veniva misurata con crescente precisione, finché nel 1983, finalmente, anche i retrogradi più ostinati si resero conto che la velocità della luce è la costante più precisa e ideale, e non qualche tipo dell'isotopo di krypton. E si è deciso di ribaltare tutto (più precisamente, se ci pensate, si è deciso di ribaltare tutto), ora la velocità della luce Conè una vera costante e un metro è la distanza percorsa dalla luce nel vuoto in (1/299.792.458) secondi.

Il valore reale della velocità della luce continua ad essere chiarito oggi, ma ciò che è interessante è che con ogni nuovo esperimento gli scienziati non chiariscono la velocità della luce, ma la vera lunghezza del metro. E quanto più accuratamente verrà calcolata la velocità della luce nei prossimi decenni, tanto più accurato sarà il misuratore che alla fine otterremo.

E non viceversa.

Bene, ora torniamo alle nostre pecore. Perché la velocità della luce nel vuoto del nostro Universo è massima, finita e costante? Ecco come lo capisco.

Tutti sanno che la velocità del suono nel metallo, e in quasi tutti i corpi solidi, è molto più elevata della velocità del suono nell'aria. Controllare questo è molto semplice: basta appoggiare l'orecchio al binario e sarai in grado di sentire i rumori di un treno in avvicinamento molto prima che attraverso l'aria. Perché? È ovvio che il suono è sostanzialmente lo stesso, e la velocità della sua propagazione dipende dal mezzo, dalla configurazione delle molecole di cui è costituito questo mezzo, dalla sua densità, dai parametri del suo reticolo cristallino - in breve, da lo stato attuale del mezzo attraverso il quale il suono viene trasmesso.

E sebbene l’idea dell’etere luminifero sia stata abbandonata da tempo, il vuoto attraverso il quale si propagano le onde elettromagnetiche non è assolutamente un nulla assoluto, per quanto vuoto possa sembrarci.

Capisco che l’analogia sia un po’ inverosimile, ma è vero sulle tue dita™ Stesso! Proprio come analogia accessibile, e in nessun modo come transizione diretta da un insieme di leggi fisiche ad altri, ti chiedo solo di immaginare che la velocità di propagazione delle vibrazioni elettromagnetiche (e in generale di qualsiasi, comprese quelle gluoniche e gravitazionali), proprio come la velocità del suono nell’acciaio è “cucita” nella rotaia. Da qui balliamo.

UPD: A proposito, invito i “lettori con un asterisco” a immaginare se la velocità della luce rimane costante in un “vuoto difficile”. Ad esempio, si ritiene che a energie dell'ordine di temperatura 10-30 K, il vuoto smetta semplicemente di bollire con particelle virtuali e inizi a "bollire via", ad es. il tessuto dello spazio cade a pezzi, le quantità di Planck si confondono e perdono il loro significato fisico, ecc. La velocità della luce in un tale vuoto sarebbe ancora uguale a C, o questo segnerà l’inizio di una nuova teoria del “vuoto relativistico” con correzioni come i coefficienti di Lorentz a velocità estreme? Non lo so, non lo so, il tempo lo dirà...

Molto prima che gli scienziati misurassero la velocità della luce, dovettero lavorare duro per definire il concetto stesso di “luce”. Uno dei primi a pensarci fu Aristotele, che considerava la luce una sorta di sostanza mobile che si diffonde nello spazio. Il suo antico collega e seguace romano Lucrezio Caro insisteva sulla struttura atomica della luce.

Nel XVII secolo si erano formate due teorie principali sulla natura della luce: corpuscolare e ondulatoria. Newton fu uno dei sostenitori del primo. Secondo lui tutte le sorgenti luminose emettono minuscole particelle. Nel processo di "volo" formano linee luminose - raggi. Il suo avversario, lo scienziato olandese Christiaan Huygens, insisteva sul fatto che la luce è un tipo di movimento ondulatorio.

Come risultato di controversie secolari, gli scienziati sono giunti a un consenso: entrambe le teorie hanno diritto alla vita e la luce è uno spettro di onde elettromagnetiche visibili all'occhio.

Un po' di storia Come è stata misurata la velocità della luce?

La maggior parte degli scienziati antichi erano convinti che la velocità della luce fosse infinita. Tuttavia, i risultati delle ricerche di Galileo e Hooke ne hanno consentito la natura estrema, che fu chiaramente confermata nel XVII secolo dall'eccezionale astronomo e matematico danese Olaf Roemer.

Fece le sue prime misurazioni osservando le eclissi di Io, il satellite di Giove, in un momento in cui Giove e la Terra si trovavano su lati opposti rispetto al Sole. Roemer registrò che quando la Terra si allontanava da Giove di una distanza pari al diametro dell'orbita terrestre, il tempo di ritardo cambiava. Il valore massimo era 22 minuti. Come risultato dei calcoli, ha ottenuto una velocità di 220.000 km/s.

50 anni dopo, nel 1728, grazie alla scoperta dell'aberrazione, l'astronomo inglese J. Bradley “perfezionò” questa cifra a 308.000 km/sec. Successivamente, la velocità della luce fu misurata dagli astrofisici francesi François Argot e Leon Foucault, ottenendo una velocità di 298.000 km/sec. Una tecnica di misurazione ancora più accurata è stata proposta dal creatore dell'interferometro, il famoso fisico americano Albert Michelson.

Esperimento di Michelson per determinare la velocità della luce

Gli esperimenti durarono dal 1924 al 1927 e consistevano in 5 serie di osservazioni. L'essenza dell'esperimento era la seguente. Una sorgente luminosa, uno specchio e un prisma ottagonale rotante furono installati sul Monte Wilson nelle vicinanze di Los Angeles, e uno specchio riflettente fu installato 35 km più tardi sul Monte San Antonio. Innanzitutto, la luce attraverso una lente e una fenditura colpisce un prisma che ruota con un rotore ad alta velocità (a una velocità di 528 giri/min).

I partecipanti agli esperimenti potevano regolare la velocità di rotazione in modo che l'immagine della sorgente luminosa fosse chiaramente visibile nell'oculare. Poiché erano note la distanza tra i vertici e la frequenza di rotazione, Michelson determinò la velocità della luce: 299.796 km/sec.

Alla fine gli scienziati decisero sulla velocità della luce nella seconda metà del XX secolo, quando furono creati maser e laser, caratterizzati dalla massima stabilità della frequenza della radiazione. All'inizio degli anni '70 l'errore di misurazione era sceso a 1 km/sec. Di conseguenza, su raccomandazione della XV Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure, tenutasi nel 1975, si decise di assumere che la velocità della luce nel vuoto sia ora pari a 299792,458 km/sec.

La velocità della luce è raggiungibile per noi?

Ovviamente, l'esplorazione degli angoli più remoti dell'Universo è impensabile senza astronavi che volano a velocità enormi. Preferibilmente alla velocità della luce. Ma è possibile?

La velocità della barriera luminosa è una delle conseguenze della teoria della relatività. Come sai, aumentare la velocità richiede una maggiore energia. La velocità della luce richiederebbe un’energia virtualmente infinita.

Purtroppo, le leggi della fisica sono categoricamente contrarie a questo. Alla velocità di 300.000 km/sec dell'astronave, le particelle che volano verso di essa, ad esempio gli atomi di idrogeno, si trasformano in una fonte mortale di potenti radiazioni pari a 10.000 sievert/sec. È più o meno come trovarsi all'interno del Large Hadron Collider.

Secondo gli scienziati della Johns Hopkins University, in natura non esiste una protezione adeguata da tali mostruose radiazioni cosmiche. La distruzione della nave sarà completata dall'erosione dovuta agli effetti della polvere interstellare.

Un altro problema con la velocità della luce è la dilatazione del tempo. La vecchiaia diventerà molto più lunga. Anche il campo visivo sarà distorto, per cui la traiettoria della nave passerà come all'interno di un tunnel, al termine del quale l'equipaggio vedrà un lampo splendente. Dietro la nave ci sarà un'oscurità assoluta.

Quindi nel prossimo futuro l’umanità dovrà limitare i suoi “appetiti” di velocità al 10% della velocità della luce. Ciò significa che ci vorranno circa 40 anni per raggiungere la stella più vicina alla Terra, Proxima Centauri (4,22 anni luce).

L'argomento su come misurare e quale sia la velocità della luce ha interessato gli scienziati fin dai tempi antichi. Si tratta di un argomento molto affascinante, che da tempo immemorabile è oggetto di dibattito scientifico. Si ritiene che tale velocità sia finita, irraggiungibile e costante. È irraggiungibile e costante, come l'infinito. Allo stesso tempo, è finito. Risulta essere un interessante puzzle fisico e matematico. C'è un'opzione per risolvere questo problema. Dopotutto, la velocità della luce veniva ancora misurata.

Nei tempi antichi, i pensatori lo credevano velocità della luce- questa è una quantità infinita. La prima stima di questo indicatore fu data nel 1676. Olaf Roemer. Secondo i suoi calcoli la velocità della luce era di circa 220mila km/s. Questo non era un valore del tutto accurato, ma vicino a quello vero.

La finitezza e la stima della velocità della luce furono confermate mezzo secolo dopo.

In futuro, lo scienziato Fizeau Era possibile determinare la velocità della luce dal tempo impiegato dal raggio per percorrere una distanza precisa.

Condusse un esperimento (vedi figura), durante il quale un fascio di luce partiva dalla sorgente S, veniva riflesso dallo specchio 3, interrotto dal disco dentato 2 e oltrepassava la base (8 km). Quindi veniva riflesso dallo specchio 1 e ritornava sul disco. La luce cadeva nello spazio tra i denti e poteva essere osservata attraverso l'oculare 4. Il tempo impiegato dal raggio per attraversare la base veniva determinato in base alla velocità di rotazione del disco. Il valore ottenuto da Fizeau fu: c = 313300 km/s.

La velocità di propagazione del raggio in un particolare mezzo è inferiore a questa velocità nel vuoto. Inoltre, per sostanze diverse questo indicatore assume valori diversi. Dopo pochi anni Foucault sostituì il disco con uno specchio a rotazione rapida. I seguaci di questi scienziati hanno utilizzato ripetutamente i loro metodi e progetti di ricerca.

Le lenti sono la base degli strumenti ottici. Sai come viene calcolato? Puoi scoprirlo leggendo uno dei nostri articoli.

È possibile trovare informazioni su come impostare un mirino ottico costituito da tali lenti. Leggi il nostro materiale e non avrai domande sull'argomento.

Qual è la velocità della luce nel vuoto?

La misurazione più accurata della velocità della luce mostra la cifra di 1.079.252.848,8 chilometri orari o 299.792.458 m/s. Questa cifra è valida solo per le condizioni create nel vuoto.

Ma per risolvere i problemi, di solito viene utilizzato l'indicatore 300.000.000 m/s. Nel vuoto, la velocità della luce in unità di Planck è 1. Pertanto, l'energia luminosa percorre 1 unità di Planck di lunghezza in 1 unità di tempo di Planck. Se in condizioni naturali si crea il vuoto, i raggi X, le onde luminose nello spettro visibile e le onde gravitazionali possono viaggiare a tali velocità.

Tra gli scienziati c'è una chiara opinione secondo cui le particelle con massa possono assumere una velocità il più vicino possibile alla velocità della luce. Ma non sono in grado di raggiungere e superare l'indicatore. La velocità più alta, prossima a quella della luce, è stata registrata durante lo studio dei raggi cosmici e durante l'accelerazione di alcune particelle negli acceleratori.

La velocità della luce in qualsiasi mezzo dipende dall'indice di rifrazione di questo mezzo.

Questo indicatore può essere diverso per frequenze diverse. La misurazione accurata della quantità è importante per il calcolo di altri parametri fisici. Ad esempio, per determinare la distanza durante il passaggio di segnali luminosi o radio in aree di rilevamento ottico, radar, rilevamento di luce e altre aree.

Gli scienziati moderni utilizzano metodi diversi per determinare la velocità della luce. Alcuni esperti utilizzano metodi astronomici e metodi di misurazione che utilizzano la tecnologia sperimentale. Molto spesso viene utilizzato il metodo Fizeau migliorato. In questo caso la ruota dentata viene sostituita con un modulatore di luce, che indebolisce o interrompe il fascio luminoso. Il ricevitore qui è un moltiplicatore fotoelettrico o fotocellula. La sorgente luminosa può essere un laser, che aiuta a ridurre l'errore di misurazione. Determinazione della velocità della luce A seconda del tempo di passaggio della base, si può procedere con metodi diretti o indiretti, che permettono anche di ottenere risultati accurati.

Quali formule vengono utilizzate per calcolare la velocità della luce?

1. La velocità di propagazione della luce nel vuoto è un valore assoluto. I fisici lo indicano con la lettera “c”. Si tratta di un valore fondamentale e costante, che non dipende dalla scelta del sistema di rendicontazione e caratterizza il tempo e lo spazio nel loro insieme. Gli scienziati presumono che questa velocità sia la velocità massima del movimento delle particelle.

   Formula della velocità della luce nel vuoto:

   s = 3 * 10^8 = 299792458 m/s

   dove c è un indicatore della velocità della luce nel vuoto.

2. Gli scienziati lo hanno dimostrato velocità della luce nell'aria coincide quasi con la velocità della luce nel vuoto. Può essere calcolato utilizzando la formula: