Prędkość światła

Z encyklopediafantastyki.pl
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
LEKSYKON FANTASTYKI
science



Prędkość światła w zależności od kontekstu może oznaczać:

  • prędkość fali elektromagnetycznej w próżni i wynikającą z tego stałą fizyczną (c = 299 792 458 m/s),
  • prędkość światła w ośrodkach materialnych.


Spis treści

Pomiary predkości światła

Pierwszego pomiaru prędkości światła planował dokonać Galileusz. Eksperyment postanowił przeprowadzić wraz ze swoim pomocnikiem za miastem na dwóch wzgórzach, mając do dyspozycji dwie latarnie. Sama próba polegała na odsłanianiu i przesłanianiu latarni, jednak ze względu na ogromną prędkość światła i bardzo duży błąd pomiaru, skazana była na niepowodzenie. Była to jednak pierwsza odnotowana eksperymentalna próba zmierzenia prędkości światła. Galileusz wyciagnął wniosek, że "jesli prędkość ta nie jest nieskończona, to jest bardzo duża".

W 1676 Ole Rømer zaproponował metode pomiaru predkości światła opartą na obserwacji satelitów Jowisza. Wbrew licznym publikacjom, w oryginalnej pracy Rømera nie znalazły sie żadne wartosci liczbowe ani szacunki oparte o tę metodę.

Pierwszego laboratoryjnego pomiaru prędkości światła dokonał w 1849 roku francuski fizyk Armand Fizeau używając koła zębatego. Od tamtej pory metody pomiaru prędkości światła były stale rozwijane, czego efektem był wzrost dokładności pomiaru. W 1907 roku Albert Abraham Michelson otrzymał Nagrodę Nobla m.in. za bardzo dokładne pomiary prędkości światła.

Prędkość światła jako wielkość fizyczna

Prędkość światła (prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w próżni) jest bardzo ważną stałą fizyczną oznaczaną symbolem c, wynoszącą dokładnie:

c = 299 792 458 m/s

W elektrodynamice klasycznej prędkość światła jest konsekwencją równań Maxwella. Rozwiązanie tych równań dla pola elektromagnetycznego w próżni prowadzi do równania falowego, w którym pojawia się stała będąca prędkością fazową fali elektromagnetycznej, czyli prędkość światła w próżni. Jest to stała fundamentalna związana z własnościami próżni: z przenikalnością elektryczną ε0 i przenikalnościa magnetyczną μ0.

Prędkosc swiatła dana jest zatem wyrażeniem:

c=1/(ε0 • μ0)1/2

Predkość światła w ośrodku

Prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej zależy od ośrodka, w jakim porusza się ta fala i osiąga wielkość maksymalną w próżni. W odróżnieniu od dźwięku, fala elektromagnetyczna do propagacji nie potrzebuje ośrodka materialnego. Hipotetyczny ośrodek, w którym miałaby się rozchodzić fala elektromagnetyczna, nazywano eterem. Doświadczenia Michelsona-Morleya pokazały jednoznacznie, że eter nie istnieje.

Obiekty posiadające niezerową masę spoczynkową nie mogą osiągnąć prędkości światła w próżni, choć mogą się do niej dowolnie zbliżyć. Mogą one natomiast osiągać i przekraczać prędkość poruszania się światła w danym ośrodku. Obiekty takie, jeżeli mają niezerowy ładunek elektryczny, emitują wówczas fotony zwane promieniowaniem Czerenkowa.

W eksperymentach nad rozchodzeniem się światła w ośrodkach materialnych udało się spowolnić je do prędkości 0,2 mm/s. Spowolnienie osiągnięto w warunkach laboratoryjnych, poprzez dynamiczną zmianę własności fizycznych ośrodka, w którym rozchodziła się wiązka światła.

W skali atomowej zachodzi pochłanianie i emisja fotonu przez atomy. Między pochłonięciem a emisją mija pewien czas, co skutkuje zmniejszeniem uśrednionej prędkości fotonów. Im częściej ma miejsce taki akt absorpcji i emisji, a czas między tymi zjawiskami jest większy, tym mniejsza jest efektywna prędkość fotonów. W trakcie cyklu absorpcji-emisji nie są zmieniane właściwości fotonu, takie jak jego energia i częstotliwość

Zobacz też:

Osobiste
Przestrzenie nazw
Warianty
Działania
Nawigacja
Narzędzia
Pomoc
Szablony