Işığın doğrusal yayılımı

Işık nedir?

Modern kavramlara göre görünür ışık, dalga boyları 400 nm'den (mor) 760 nm'ye (kırmızı) kadar olan elektromanyetik dalgalardır.

Işık, tüm elektromanyetik dalgalar gibi çok yüksek hızlarda hareket eder. Boşlukta ışığın hızı yaklaşık 3×10 8 m/s’dir.

Okuyucu: Bu kadar "canavar" bir hızı nasıl ölçebildiniz?

Işığın hızı nasıl belirlendi?

Işığın hızını ölçmek için astronomik bir yöntem. Işığın hızı ilk kez 1676 yılında Danimarkalı bilim adamı Roemer tarafından ölçüldü. Başarısı tam olarak, ölçümler için kullandığı ışığın kat ettiği mesafelerin çok büyük olmasıyla açıklanıyor. Bunlar gezegenler arasındaki mesafelerdir güneş sistemi.

Roemer, Jüpiter'in uydularının tutulmalarını gözlemledi. büyük gezegen Güneş sistemi. Jüpiter'in Dünya'nın aksine en az on altı uydusu vardır. En yakın arkadaşı Io, Roemer'in gözlemlerine konu oldu. Uydunun gezegenin önünden geçtiğini, ardından gölgesine dalıp gözden kaybolduğunu gördü. Sonra yanıp sönen bir lamba gibi yeniden ortaya çıktı. İki salgın arasındaki zaman aralığının 42 saat 28 dakika olduğu ortaya çıktı. İşte bu “ay”, Dünya'ya düzenli aralıklarla sinyallerini gönderen devasa bir gök saatiydi.

İlk başta gözlemler, Dünya'nın Güneş etrafındaki hareketi nedeniyle Jüpiter'e en yakın olduğu zamanda gerçekleştirildi (Şekil 1.1). . Io uydusunun Jüpiter etrafındaki dönüş dönemini bilen Roemer, bir yıl önceden ortaya çıkacağı anlara ilişkin net bir program hazırladı. Ancak altı ay sonra, Dünya Jüpiter'den yörüngesinin çapına kadar uzaklaştığında Roemer, uydunun gölgelerden çıkmasının "hesaplanan" ortaya çıkma zamanına kıyasla 22 dakika kadar geciktiğini keşfettiğinde şaşırdı. .

Roemer bunu şu şekilde açıkladı: “Eğer dünyanın yörüngesinin diğer tarafında kalabilseydim, uydu her zaman belirlenen zamanda gölgelerin arasından belirirdi; oradaki bir gözlemci Io'yu 22 dakika önce görmüş olurdu. Bu durumda gecikme, ışığın ilk gözlem yaptığım yerden şimdiki konumuma kadar 22 dakikada ulaşmasından kaynaklanıyor.” Io'nun ortaya çıkışındaki gecikmeyi ve buna neden olan mesafeyi bildiğimizde, bu mesafeyi (Dünya'nın yörüngesinin çapı) gecikme süresine bölerek hızı belirleyebiliriz. Hızın son derece yüksek olduğu, yaklaşık 215.000 km/s olduğu ortaya çıktı. Bu nedenle, Dünya üzerindeki iki uzak nokta arasındaki ışığın yayılma zamanını yakalamak son derece zordur. Sonuçta ışık bir saniyede dünyanın ekvator uzunluğunun 7,5 katı kadar bir mesafe kat eder.

Işık hızını ölçmek için laboratuvar yöntemleri. Işığın hızı ilk kez 1849 yılında Fransız bilim adamı Fizeau tarafından laboratuvar yöntemiyle ölçüldü. Deneyinde, bir kaynaktan gelen ışık, bir mercekten geçerek yarı saydam bir plakanın üzerine düştü. 1 (Şekil 1.2). Plakadan yansıtıldıktan sonra odaklanmış dar bir ışın hızla dönen bir dişli çarkın çevresine yönlendirildi.

Işık dişlerin arasından geçerek aynaya ulaştı 2, tekerleğe birkaç kilometre uzaklıkta bulunur. Aynadan yansıyan ışığın gözlemcinin gözüne girebilmesi için tekrar dişlerin arasından geçmesi gerekiyordu. Çark yavaşça döndüğünde aynadan yansıyan ışık görülebiliyordu. Dönüş hızı arttıkça yavaş yavaş ortadan kayboldu. Sorun ne burada? İki dişin arasından geçen ışık aynaya ve geriye doğru giderken çarkın dönmesi için yeterli zaman vardı ve yuvanın yerini bir diş aldı ve ışık görünmez oldu.

Dönüş hızının daha da artmasıyla ışık yeniden görünür hale geldi. Açıkçası, ışığın aynaya ve geriye gittiği süre boyunca tekerleğin o kadar çok dönme zamanı vardı ki, önceki yuvanın yerini yeni bir yuva aldı. Bu zamanı ve tekerlek ile ayna arasındaki mesafeyi bilerek ışığın hızını belirleyebilirsiniz. Fizeau'nun deneyinde mesafe 8,6 km olmuş ve ışık hızı için 313.000 km/s değeri elde edilmiştir.

Işık hızını ölçmek için daha doğru birçok laboratuvar yöntemi geliştirildi. Özellikle Amerikalı fizikçi A. Michelson, dişli çark yerine dönen aynalar kullanarak ışığın hızını ölçmek için mükemmel bir yöntem geliştirdi.

Modern verilere göre ışığın boşluktaki hızı 299.792.458 m/s'dir. Hız ölçümündeki hata 0,3 m/s'yi aşmaz.

Görev 1.1. Fizeau'nun ışık hızını belirlemeye yönelik deneyinde, bir ışık huzmesi dönen bir tekerleğin dişleri arasındaki dar bir yarıktan geçerek belli bir mesafede bulunan bir aynadan yansıdı. ben= 8,6 km uzaklıkta ve yine tekerleğin dişleri arasından geçerek geri dönüyor. Yansıyan ışık, tekerleğin hangi minimum n dönüş frekansında kaybolur? Tekerlekteki diş sayısı N= 720. Işık hızı İle= 3,0×10 8 m/sn.

bir yuva ve bir diş, yani tekerlek paletliyi çalıştırırsa.

Bir diş döndürüldüğünde dönme açısı (rad), yarım diş döndürüldüğünde (rad) olacaktır.

İzin vermek açısal hız Tekerleğin dönüşü w'ye eşitse, bu süre zarfında tekerleğin belirli bir açıyla dönmesi gerekir. Daha sonra

.

Son eşitlikten n'yi buluyoruz:

12 1/s.

Cevap: 12 1/sn.

DURMAK! Kendiniz karar verin: A1, B3, C1, C2.

Işık demeti

Okuyucu: Işık dalga ise ışık ışınından ne anlaşılmalıdır?

Yazar: Evet ışık bir dalgadır ancak bu dalganın uzunluğu birçok optik aletin boyutuyla karşılaştırıldığında çok küçük. Engellerin boyutu dalga boyundan çok daha büyük olduğunda dalgaların su yüzeyinde nasıl davrandığını görelim.

Pirinç. 1.3

Cetvelin kenarındaki titreşimlerin neden olduğu su üzerindeki dalgalarla deneyi tekrarlayalım LL suyun yüzeyine çarpıyor. Dalgaların yayılma yönünü bulmak için yollarına bir engel koyarız AA boyutları dalga boyundan önemli ölçüde daha büyük olan bir deliğe sahiptir. Bölmenin arkasında dalgaların, deliğin kenarlarından çizilen düz bir kanalda yayıldığını göreceğiz (Şekil 1.3). . Bu kanalın yönü dalga yayılımının yönüdür. Bir bölüm koyarsak değişmeden kalır şüphe (MM"). Dalgaların yayıldığı yön her zaman şu şekildedir: dik dalga hareketinin tüm noktalarına aynı anda ulaştığı bir çizgiye. Bu çizgiye dalga cephesi denir. Dalga cephesine dik olan düz bir çizgi (Şekil 2'deki ok). . 1.3) dalga yayılımının yönünü gösterir. Bu hattı arayacağız ışın. Bu yüzden, ışın, dalga cephesine dik olarak çizilen ve dalga bozulmasının yayılma yönünü gösteren geometrik bir çizgidir. Dalga cephesinin her noktasında öne doğru bir dik, yani bir ışın çizmek mümkündür.

İncelediğimiz durumda dalga cephesi düz bir çizgi biçimindedir; bu nedenle ön tarafın tüm noktalarındaki ışınlar birbirine paraleldir. Dalgaların kaynağı olarak telin salınan ucunu alarak deneyi tekrarlarsak, dalga cephesi daire şeklinde olacaktır. Boyutları dalga boyuna göre büyük olan böyle bir dalganın yoluna delikli bariyerler yerleştirerek Şekil 1'de gösterilen resmi elde ederiz. 1.4. Dolayısıyla bu durumda dalga yayılma yönü, dalga cephesine dik olan düz çizgilerle, yani ışınların yönü ile çakışır; V bu durumdaışınlar, dalgaların kaynaklandığı noktadan çizilen yarıçaplar olarak gösterilir.

Gözlemler homojen bir ortamda ışığın da yayıldığını göstermektedir. düz çizgiler.

Işık ışını, ince bir ışık ışını olarak değil, ışık enerjisinin yayılma yönünü gösteren bir çizgi olarak anlaşılır.. Bu yönü belirlemek için çapı hala dalga boyunu aşması gereken dar ışık ışınlarını seçiyoruz. Daha sonra bu ışınları, ışık ışınlarının eksenleri olan çizgilerle değiştiririz (Şekil 1.6). Bu çizgiler ışık ışınlarını temsil eder. Dolayısıyla ışık ışınlarının yansıması veya kırılmasından bahsettiğimizde, ışığın yayılma yönündeki bir değişikliği kastediyoruz.

Işık ışını kavramını tanıtmanın temel faydası, ışınların uzaydaki davranışının belirlenmesidir. basit yasalar- geometrik optik yasaları.

Geometrik optikışık huzmesi kavramına dayalı olarak şeffaf ortamlarda ışığın yayılma yasalarını inceleyen bir optik dalıdır.

Geometrik optiğin temel yasalarından biri Işığın doğrusal yayılımı kanunu: Homojen bir ortamda ışık düz bir çizgide yayılır.

Yani homojen bir ortamda ışık ışınları düz çizgilerdir.

Işık kaynakları

Işık kaynakları bağımsız ve yansıyan ışık kaynaklarına ayrılabilir.

Bağımsız - bunlar doğrudan ışık yayan kaynaklardır: Güneş, yıldızlar, her türlü lamba, alevler vb.

Yansıyan ışık kaynakları Yalnızca bağımsız kaynaklardan üzerlerine düşen ışığı yansıtırlar. Bu nedenle, bir odadaki güneş ışığıyla aydınlatılan herhangi bir nesne: masa, kitap, duvarlar, dolap, yansıyan ışığın kaynağıdır. Biz kendimiz yansıyan ışığın kaynaklarıyız. Ay aynı zamanda bir yansıma kaynağıdır güneş ışığı.

Ayrıca atmosferin yansıyan bir ışık kaynağı olduğunu ve atmosfer sayesinde sabah güneş doğmadan çok önce ışık aldığını unutmayın.

Okuyucu: Neden güneş ışınları Odadaki tüm nesneleri aydınlatan ışıklar görünmez mi?

İnsan gözü yalnızca kendisine doğrudan çarpan ışınları algılar. Bu nedenle güneş ışığı gözün yanından geçerse göz onu görmez. Ancak havada çok fazla toz veya duman varsa, güneş ışınları görünür hale gelir: toz veya duman parçacıklarına dağılır, güneş ışığının bir kısmı gözümüze düşer ve sonra güneş ışınının "yolunu" görürüz. .

DURMAK! Kendiniz karar verin: A2–A4, B1, B2, C3, C4.

Geometrik optiğin ikinci yasası ışık ışınlarının bağımsızlığı kanunu. Uzayda kesişen ışınlar birbirlerine hiçbir etkisi yoktur.

Su yüzeyindeki dalgaların aynı özelliğe sahip olduğunu unutmayın: kesiştiklerinde birbirlerini etkilemezler.

DURMAK! Kendiniz karar verin: S4.

Gölge ve kısmi gölge

Işığın yayılmasının düz olması gölgenin yani ışık enerjisinin girmediği bir alanın oluşumunu açıklamaktadır. Kaynağın boyutu (parlak nokta) küçük olduğunda keskin bir şekilde tanımlanmış bir gölge elde edilir (Şekil 1.7). Işık düz bir çizgide ilerlemeseydi engelin etrafından dolaşabilirdi ve gölge oluşmazdı.

Pirinç. 1.7 Şek. 1.8

Kaynak büyük olduğunda keskin olmayan gölgeler oluşturulur (Şekil 1.8). Gerçek şu ki, ışık kaynağının her noktasından düz bir çizgide yayılır ve iki parlak noktayla aydınlatılan nesne, üst üste binmesi eşit olmayan yoğunlukta bir gölge oluşturan iki farklı gölge verecektir. Uzatılmış bir kaynağın tam gölgesi, ekranın yalnızca ışığın hiç ulaşmadığı alanlarında oluşur. Tam gölgenin kenarları boyunca daha açık bir alan vardır - kısmi gölge. Tam gölgeli alandan uzaklaştıkça yarı gölge daha da hafifler. Göz, tam gölge bölgesinden ışık kaynağını hiç görmeyecek, kısmi gölge bölgesinden ise yüzeyinin yalnızca bir kısmını görecektir (Şekil 1.9).

1) Işığın hızı ilk kez 1676 yılında Danimarkalı bilim adamı Roemer tarafından astronomik yöntem kullanılarak ölçüldü. Jüpiter'in uydularının en büyüğü Io'nun bu devasa gezegenin gölgesinde olduğu zamanı ölçtü.

Roemer, gezegenimizin Jüpiter'e en yakın olduğu anda ve astronomik açıdan Jüpiter'den biraz uzak olduğumuz anda ölçümler yaptı. İlk durumda salgınlar arasındaki süre 48 saat 28 dakikaydı. İkinci durumda uydu 22 dakika gecikti. Buradan, ışığın önceki gözlemden mevcut gözleme kadar olan mesafeyi kat etmesi için 22 dakikaya ihtiyaç duyduğu sonucuna varıldı. Böylece ışığın sonlu hızı teorisi kanıtlanmış oldu ve hızı yaklaşık olarak 299.800 km/s olarak hesaplandı.

2) Laboratuvar yöntemi, ışığın hızını kısa mesafede ve büyük bir doğrulukla belirlemenizi sağlar. İlk laboratuvar deneyleri Foucault ve ardından Fizeau tarafından gerçekleştirildi.

Bilim adamları ve deneyleri

Işığın hızı ilk kez 1676'da O. K. Roemer tarafından Jüpiter'in uydularının tutulmaları arasındaki zaman aralıklarındaki değişiklikten belirlendi. 1728 yılında J. Bradley tarafından yıldız ışığının sapmasına ilişkin gözlemlerine dayanarak kurulmuştur. 1849'da A.I.L. Fizeau, ışığın kesin olarak bilinen bir mesafeyi (taban) kat etmesi için gereken süreyi ölçen ilk kişi oldu, çünkü havanın kırılma indeksi 1'den çok az farklı, yere dayalı ölçümler çok büyük bir değer veriyor. hıza yakın.

Fizeau'nun deneyimi

Fizeau deneyi, 1851 yılında Louis Fizeau tarafından gerçekleştirilen, hareketli ortamlardaki (cisimler) ışığın hızını belirlemek için yapılan bir deneydir. Deney, hızların göreceli olarak eklenmesinin etkisini göstermektedir. Fizeau adı aynı zamanda ışık hızının laboratuvarda belirlenmesine ilişkin ilk deneyle de ilişkilidir.

Fizeau'nun deneyinde, bir ışık kaynağından (S) gelen ve yarı saydam bir ayna (3) tarafından yansıtılan bir ışık huzmesi, dönen bir dişli disk (2) tarafından periyodik olarak kesintiye uğradı, taban 4-1'den (yaklaşık 8 km) geçti ve aynadan (1) yansıyarak geri döndü. diske. Işık dişe çarptığında gözlemciye ulaşmadı ve dişlerin arasındaki boşluğa düşen ışık oküler 4 aracılığıyla gözlemlenebildi. Diskin bilinen dönüş hızlarına göre ışığın dişlere ulaşması için geçen süre üssün içinden geçen yolculuk belirlendi. Fizeau c = 313300 km/s değerini elde etti.

Foucault'nun deneyimi

1862'de J. B. L. Foucault, 1838'de D. Argo tarafından ifade edilen fikri, dişli bir disk yerine hızla dönen bir ayna (saniyede 512 devir) kullanarak uyguladı. Aynadan yansıyan bir ışık huzmesi tabana yönlendirildi ve geri döndüğünde belirli bir küçük açıyla dönme zamanı olan aynı aynaya düştü. Foucault, yalnızca 20 m'lik tabanla ışığın hızının 298.000.500 km/s olduğunu buldu. Fizeau ve Foucault yöntemlerinin şemaları ve temel fikirleri, ışık hızının belirlenmesine yönelik sonraki çalışmalarda defalarca kullanıldı.

Dönen ayna yöntemiyle ışık hızının belirlenmesi (Foucault yöntemi): S – ışık kaynağı; R – hızla dönen ayna; C, merkezi R dönme ekseniyle çakışan sabit bir içbükey aynadır (bu nedenle C tarafından yansıtılan ışık her zaman R'ye geri döner); M – yarı saydam ayna; L – mercek; E – göz merceği; RC – doğru olarak ölçülen mesafe (taban). Noktalı çizgi, ışığın RC yolunu kat etmesi ve geri dönmesi sırasında değişen R konumunu ve yansıyan ışını S' noktasında toplayan L merceğinden geçen ışın ışınının ters yolunu gösterir. S noktası, sabit bir R aynasında olduğu gibi. Işık hızı, SS' yer değiştirmesi ölçülerek belirlenir.

A. Michelson'un 1926'da elde ettiği c = 299796 4 km/s değeri o zamanlar en doğru olanıydı ve uluslararası fiziksel büyüklük tablolarına dahil edilmişti. ışık hızlı fiber optik

19. yüzyılda ışık hızının ölçülmesi fizikte önemli bir rol oynadı ve ışığın dalga teorisini daha da doğruladı. Foucault'nun 1850'de aynı frekanstaki ışığın havadaki ve sudaki hızını karşılaştırması, sudaki hızın tahmin edildiği gibi u = c/n(n) olduğunu gösterdi dalga teorisi. Optik ile elektromanyetizma teorisi arasında da bir bağlantı kuruldu: Işığın ölçülen hızı, elektromanyetik ve elektrostatik elektrik yükü birimlerinin oranından hesaplanan elektromanyetik dalgaların hızıyla çakıştı.

Işık hızının modern ölçümleri, modernleştirilmiş bir Fizeau yöntemini kullanır; dişli çarkın yerine, ışık ışınını tamamen kesen veya zayıflatan bir girişim veya başka bir ışık modülatörü kullanılır. Radyasyon alıcısı bir fotosel veya fotoelektrik çarpandır. Işık kaynağı olarak bir lazerin, sabit frekanslı bir ultrasonik modülatörün kullanılması ve taban uzunluğunun ölçüm doğruluğunun arttırılması, ölçüm hatalarını azaltacak ve c = 299792,5 · 0,15 km/s değerini elde edecektir. Bilinen bir bazın geçiş süresine dayalı olarak ışık hızının doğrudan ölçülmesine ek olarak, daha fazla doğruluk sağlayan dolaylı yöntemler yaygın olarak kullanılmaktadır.

“C” değerinin en doğru ölçümü, yalnızca genel teorik açıdan değil, diğer değerlerin belirlenmesi açısından da son derece önemlidir. fiziksel büyüklükler ama aynı zamanda pratik amaçlar için de. Özellikle onlara. Radar, optik menzil, ışık menzili ve benzeri ölçümlerde radyo veya ışık sinyallerinin geçiş süresindeki mesafelerin belirlenmesini ifade eder.

Işık aralığı

Hafif mesafe bulucu, onlarca (bazen yüzlerce) kilometrelik mesafeleri yüksek doğrulukla (birkaç milimetreye kadar) ölçmenizi sağlayan jeodezik bir cihazdır. Örneğin, bir telemetre, Dünya'dan Ay'a olan mesafeyi birkaç santimetrelik bir doğrulukla ölçer.

Lazer telemetre, bir lazer ışını kullanarak mesafeleri ölçmek için kullanılan bir cihazdır.

Bilim insanları ışığın hızını ölçmeden çok önce, "ışık" kavramını tanımlamak için çok çalışmak zorundaydılar. Işığı uzayda yayılan bir tür hareketli madde olarak gören Aristoteles, bu konuyu ilk düşünenlerden biriydi. Antik Romalı meslektaşı ve takipçisi Lucretius Carus, ışığın atomik yapısı konusunda ısrar etti.

İLE XVII yüzyıl Işığın doğasına ilişkin iki ana teori oluşturuldu - parçacık ve dalga. Newton ilkinin taraftarlarından biriydi. Ona göre tüm ışık kaynakları çok küçük parçacıklar yayar. “Uçuş” sürecinde parlak çizgiler - ışınlar oluştururlar. Rakibi Hollandalı bilim adamı Christiaan Huygens, ışığın bir tür dalga hareketi olduğu konusunda ısrar etti.

Asırlardır süren tartışmaların bir sonucu olarak bilim adamları fikir birliğine vardılar: Her iki teorinin de yaşam hakkı vardır ve ışık gözle görülebilir spektrum elektromanyetik dalgalar.

Biraz tarih. Işığın hızı nasıl ölçüldü?

Eski bilim adamlarının çoğu, ışığın hızının sonsuz olduğuna ikna olmuştu. Bununla birlikte, Galileo ve Hooke'un araştırmalarının sonuçları, 17. yüzyılda seçkin Danimarkalı gökbilimci ve matematikçi Olaf Roemer tarafından açıkça doğrulanan aşırı doğasına izin verdi.

İlk ölçümlerini Jüpiter ile Dünya'nın aynı konumda olduğu dönemde Jüpiter'in uydusu Io'nun tutulmalarını gözlemleyerek yaptı. zıt taraflar Güneş'e göre. Roemer, Dünya Jüpiter'den Dünya yörüngesinin çapına eşit bir mesafe kadar uzaklaştıkça gecikme süresinin değiştiğini kaydetti. Maksimum değer 22 dakikaydı. Hesaplamalar sonucunda 220.000 km/sn hıza ulaştı.

50 yıl sonra 1728'de İngiliz gökbilimci J. Bradley, sapmanın keşfi sayesinde bu rakamı 308.000 km/sn'ye "iyileştirdi". Daha sonra Fransız astrofizikçiler François Argot ve Leon Foucault tarafından ışığın hızı ölçüldü ve 298.000 km/sn'lik bir çıktı elde edildi. İnterferometrenin yaratıcısı ünlü Amerikalı fizikçi Albert Michelson tarafından daha da doğru bir ölçüm tekniği önerildi.

Michelson'un ışık hızını belirleme deneyi

Deneyler 1924'ten 1927'ye kadar sürdü ve 5 dizi gözlemden oluşuyordu. Deneyin özü aşağıdaki gibiydi. Los Angeles yakınlarındaki Wilson Dağı'na bir ışık kaynağı, bir ayna ve dönen bir sekizgen prizma yerleştirildi ve 35 km sonra San Antonio Dağı'na bir yansıtıcı ayna yerleştirildi. Başlangıçta, bir mercekten ve bir yarıktan geçen ışık, yüksek hızlı bir rotorla (528 rpm hızında) dönen bir prizmaya çarpıyor.

Deneylere katılanlar, ışık kaynağının görüntüsünün göz merceğinde açıkça görülebilmesi için dönüş hızını ayarlayabildiler. Köşeler arasındaki mesafe ve dönüş frekansı bilindiğinden Michelson ışığın hızını 299.796 km/sn olarak belirledi.

Bilim adamları nihayet 20. yüzyılın ikinci yarısında, radyasyon frekansının en yüksek kararlılığıyla karakterize edilen ustaların ve lazerlerin yaratıldığı zaman, ışığın hızına karar verdiler. 70'li yılların başında ölçümlerdeki hata 1 km/sn'ye kadar düşmüştü. Sonuç olarak, 1975 yılında düzenlenen XV. Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı'nın önerisi üzerine, ışığın boşluktaki hızının şu anda 299792.458 km/sn'ye eşit olduğunun varsayılmasına karar verildi.

Işık hızı bizim için ulaşılabilir mi?

Açıkçası, evrenin uzak köşelerinin keşfi, muazzam hızlarda uçan uzay gemileri olmadan düşünülemez. Tercihen ışık hızında. Peki bu mümkün mü?

Işık bariyerinin hızı, görelilik teorisinin sonuçlarından biridir. Bildiğiniz gibi hızın artması enerjinin artmasını gerektirir. Işık hızı neredeyse sonsuz enerji gerektirir.

Ne yazık ki fizik yasaları buna kategorik olarak karşıdır. Hızla uzay gemisi 300.000 km/sn hızla kendisine doğru uçan hidrojen atomu gibi parçacıklar, 10.000 sievert/sn'ye eşdeğer güçlü, ölümcül bir radyasyon kaynağına dönüşür. Bu, Büyük Hadron Çarpıştırıcısının içinde olmakla hemen hemen aynı şeydir.

Johns Hopkins Üniversitesi'ndeki bilim adamlarına göre doğada bu kadar korkunç kozmik radyasyona karşı yeterli koruma yok. Yıldızlararası tozun etkisiyle erozyonla geminin imhası tamamlanacak.

Işık hızıyla ilgili bir diğer sorun da zaman genişlemesidir. Yaşlılık çok daha uzun olacak. Görüş alanı da bozulacak, bunun sonucunda geminin yörüngesi sanki bir tünelin içindeymiş gibi geçecek ve sonunda mürettebat parlak bir parıltı görecek. Geminin arkasında mutlak zifiri karanlık olacak.

Yani yakın gelecekte insanlık hız “iştahını” ışık hızının %10'u ile sınırlamak zorunda kalacak. Bu da Dünya'ya en yakın yıldız olan Proxima Centauri'ye (4,22 ışıkyılı) uçmanın yaklaşık 40 yıl süreceği anlamına geliyor.

Gerçekten, nasıl? En çok nasıl ölçülür yüksek hız içinde Evren mütevazı, Dünyevi koşullarımızda? Artık bunun üzerinde kafa yormamıza gerek yok - sonuçta, birkaç yüzyıl boyunca pek çok insan bu konu üzerinde çalıştı ve ışığın hızını ölçmek için yöntemler geliştirdi. Hikayeye sırasıyla başlayalım.

Işık hızı– elektromanyetik dalgaların boşlukta yayılma hızı. Latin harfiyle gösterilir C. Işığın hızı yaklaşık 300.000.000 m/s'dir.

İlk başta kimse ışık hızının ölçülmesi konusunu düşünmedi. Işık var; bu harika. Daha sonra antik çağda bilim felsefecileri arasında hakim olan görüş, ışığın hızının sonsuz, yani anlık olduğu yönündeydi. Sonra oldu Ortaçağ Engizisyonla birlikte, düşünen ve ilerici insanların temel sorusu “Ateşe yakalanmamak için ne yapmalı?” Ve sadece çağlarda Rönesans Ve Aydınlanma Bilim adamlarının görüşleri çoğaldı ve elbette bölündü.

Bu yüzden, Descartes, Kepler Ve Çiftlik Antik çağ bilim adamlarıyla aynı görüşteydiler. Ancak ışığın hızının çok yüksek olmasına rağmen sonlu olduğuna inanıyordu. Hatta ışık hızının ilk ölçümünü de o yapmıştır. Daha doğrusu bunu ölçmek için ilk girişimi o yaptı.

Galileo'nun deneyi

Deneyim Galileo Galilei sadeliğiyle muhteşemdi. Bilim adamı, basit doğaçlama araçlarla donanmış olarak ışığın hızını ölçmek için bir deney gerçekleştirdi. Galileo ve asistanı, birbirinden geniş ve iyi bilinen bir mesafede, farklı tepelerde yanan fenerlerle duruyordu. Biri fenerin panjurunu açtı, ikincisi ise ilk fenerin ışığını görünce aynısını yapmak zorunda kaldı. Mesafeyi ve zamanı (asistanın feneri açmasından önceki gecikmeyi) bilen Galileo, ışığın hızını hesaplamayı bekliyordu. Ne yazık ki bu deneyin başarılı olması için Galileo ve asistanının birbirinden birkaç milyon kilometre uzaklıktaki tepeleri seçmesi gerekiyordu. Web sitesi üzerinden başvuru formunu doldurarak yapabileceğinizi hatırlatmak isterim.

Roemer ve Bradley'nin deneyleri

Işık hızını belirlemeye yönelik ilk başarılı ve şaşırtıcı derecede doğru deney, Danimarkalı bir gökbilimcininkiydi. Olaf Roemer. Roemer, ışığın hızını ölçmek için astronomik yöntemi kullandı. 1676 yılında Jüpiter'in uydusu Io'yu teleskopla gözlemledi ve Dünya Jüpiter'den uzaklaştıkça uydunun tutulma zamanının değiştiğini keşfetti. Maksimum gecikme süresi 22 dakikaydı. Dünyanın Jüpiter'den Dünya'nın yörünge çapı kadar uzaklaştığını hesaplayan Roemer, çapın yaklaşık değerini gecikme süresine bölerek saniyede 214.000 kilometrelik bir değer elde etti. Elbette böyle bir hesaplama çok kabaydı, gezegenler arasındaki mesafeler yalnızca yaklaşık olarak biliniyordu, ancak sonucun gerçeğe nispeten yakın olduğu ortaya çıktı.

Bradley'nin deneyimi. 1728'de James Bradley Yıldızların sapmalarını gözlemleyerek ışığın hızını tahmin ettiler. Felaket Dünyanın yörüngesindeki hareketi nedeniyle yıldızın görünen konumunda meydana gelen değişikliktir. Dünyanın hızını bilen ve sapma açısını ölçen Bradley, saniyede 301.000 kilometrelik bir değer elde etti.

Fizeau'nun deneyimi

Roemer ve Bradley'nin deneyiminin bir sonucu olarak o zamanlar bilim dünyası inanmayarak tepki gösterdi. Ancak Bradley'nin sonucu, 1849'a kadar yüz yılı aşkın süre boyunca en doğru sonuçtu. O yıl Fransız bir bilim adamı Armand Fizeauışığın hızını gök cisimlerini gözlemlemeden, dönen deklanşör yöntemini kullanarak ölçtü, ancak burada Dünya'da. Aslında bu, Galileo'dan bu yana ışığın hızını ölçen ilk laboratuvar yöntemiydi. Aşağıda laboratuvar kurulumunun bir diyagramı bulunmaktadır.

Aynadan yansıyan ışık, tekerleğin dişlerinden geçerek 8,6 kilometre uzaklıktaki başka bir aynadan yansıdı. Bir sonraki boşlukta ışık görünene kadar tekerleğin hızı artırıldı. Fizeau'nun hesaplamaları saniyede 313.000 kilometrelik bir sonuç verdi. Bir yıl sonra Leon Foucault, dönen aynayla benzer bir deney gerçekleştirdi ve saniyede 298.000 kilometrelik bir sonuç elde etti.

Ustaların ve lazerlerin ortaya çıkmasıyla birlikte insanlar, ışığın hızını ölçmek için yeni fırsatlara ve yöntemlere sahip oldu ve teorinin gelişmesi, ışığın hızının doğrudan ölçüm yapmadan dolaylı olarak hesaplanmasını da mümkün kıldı.

Işık hızının en doğru değeri

İnsanlık ışık hızını ölçme konusunda engin deneyime sahiptir. Günümüzde ışık hızına ilişkin en doğru değerin Saniyede 299.792.458 metre 1983'te alındı. Ölçümdeki hatalar nedeniyle ışık hızının daha doğru bir şekilde ölçülmesinin imkansız hale gelmesi ilginçtir. metre. Şu anda metrenin değeri ışık hızına bağlı olup, ışığın saniyenin 1/299.792.458'inde kat ettiği mesafeye eşittir.

Son olarak her zaman olduğu gibi eğitici bir video izlemenizi öneriyoruz. Arkadaşlar, ışığın hızını doğaçlama yöntemlerle bağımsız olarak ölçmek gibi bir görevle karşı karşıya kalsanız bile, yardım için yazarlarımıza güvenle başvurabilirsiniz. Yazışma Öğrencisi web sitesinde bir başvuru formu doldurabilirsiniz. Keyifli ve kolay bir çalışma dileriz!