Seberapa cepat perjalanan cahaya dalam ruang hampa

Kecepatan cahaya dalam ruang hampa merupakan indikator yang banyak digunakan dalam fisika dan pada suatu waktu memungkinkan untuk membuat sejumlah penemuan, serta menjelaskan sifat dari banyak fenomena. Ada beberapa poin penting yang perlu dipelajari untuk memahami topik dan memahami bagaimana dan dalam kondisi apa indikator ini ditemukan.

Berapakah kecepatan cahaya

Kecepatan rambat cahaya dalam ruang hampa dianggap sebagai nilai absolut, yang mencerminkan kecepatan rambat radiasi elektromagnetik. Ini banyak digunakan dalam fisika dan memiliki sebutan dalam bentuk huruf Latin kecil "s" (disebut "tse").

Dalam ruang hampa, kecepatan cahaya digunakan untuk menentukan seberapa cepat partikel yang berbeda bergerak.

Menurut sebagian besar peneliti dan ilmuwan, kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah kecepatan maksimum yang mungkin dari pergerakan partikel dan perambatan berbagai jenis radiasi.

Adapun contoh fenomenanya adalah:

1. Cahaya tampak dari mana saja sumber.
2. Semua jenis radiasi elektromagnetik (seperti sinar-x dan gelombang radio).
3. Gelombang gravitasi (di sini pendapat beberapa ahli berbeda).

Banyak jenis partikel dapat bergerak mendekati kecepatan cahaya, tetapi tidak pernah mencapainya.

Nilai yang tepat dari kecepatan cahaya

Para ilmuwan telah mencoba selama bertahun-tahun untuk menentukan berapa kecepatan cahaya, tetapi pengukuran yang akurat dilakukan pada tahun 70-an abad terakhir. Pada akhirnya indikatornya adalah 299.792.458 m/s dengan deviasi maksimum +/-1.2 m. Hari ini adalah unit fisik yang tidak berubah, karena jarak dalam satu meter adalah 1/299.792.458 sekon, maka waktu yang dibutuhkan cahaya dalam ruang hampa untuk menempuh 100 cm.

Ilmiah rumus untuk menentukan kecepatan cahaya.

Untuk menyederhanakan perhitungan, indikator disederhanakan menjadi 300.000.000 m/s (3×108 m/s). Sudah tidak asing lagi bagi semua orang dalam pelajaran fisika di sekolah, di sanalah kecepatan diukur dalam bentuk ini.

Peran fundamental kecepatan cahaya dalam fisika

Indikator ini adalah salah satu yang utama, terlepas dari sistem referensi mana yang digunakan dalam penelitian ini. Itu tidak tergantung pada pergerakan sumber gelombang, yang juga penting.

Invarians didalilkan oleh Albert Einstein pada tahun 1905. Ini terjadi setelah ilmuwan lain, Maxwell, yang tidak menemukan bukti adanya luminiferous ether, mengajukan teori tentang elektromagnetisme.

Pernyataan bahwa efek kausal tidak dapat diangkut dengan kecepatan melebihi kecepatan cahaya dianggap cukup masuk akal saat ini.

Ngomong-ngomong! Fisikawan tidak menyangkal bahwa beberapa partikel dapat bergerak dengan kecepatan melebihi indikator yang dipertimbangkan. Namun, mereka tidak dapat digunakan untuk menyampaikan informasi.

Referensi sejarah

Untuk memahami fitur topik dan mencari tahu bagaimana fenomena tertentu ditemukan, seseorang harus mempelajari eksperimen beberapa ilmuwan. Pada abad ke-19 banyak ditemukan penemuan-penemuan yang membantu para ilmuwan di kemudian hari, terutama yang berkaitan dengan arus listrik dan fenomena induksi magnet dan elektromagnetik.

Eksperimen oleh James Maxwell

Penelitian fisikawan mengkonfirmasi interaksi partikel di kejauhan. Selanjutnya, ini memungkinkan Wilhelm Weber untuk mengembangkan teori baru tentang elektromagnetisme. Maxwell juga dengan jelas menetapkan fenomena medan magnet dan listrik dan menentukan bahwa keduanya dapat saling membangkitkan, membentuk gelombang elektromagnetik. Ilmuwan inilah yang pertama kali mulai menggunakan sebutan "s", yang masih digunakan oleh fisikawan di seluruh dunia.

Berkat ini, sebagian besar peneliti kemudian mulai berbicara tentang sifat elektromagnetik cahaya. Maxwell, saat mempelajari kecepatan propagasi eksitasi elektromagnetik, sampai pada kesimpulan bahwa indikator ini sama dengan kecepatan cahaya, pada suatu waktu ia terkejut dengan fakta ini.

Berkat penelitian Maxwell, menjadi jelas bahwa cahaya, magnet, dan listrik bukanlah konsep yang terpisah. Bersama-sama, faktor-faktor ini menentukan sifat cahaya, karena merupakan kombinasi medan magnet dan listrik yang merambat di ruang angkasa.

Skema perambatan gelombang elektromagnetik.

Michelson dan pengalamannya dalam membuktikan kemutlakan kecepatan cahaya

Pada awal abad terakhir, sebagian besar ilmuwan menggunakan prinsip relativitas Galileo, yang menurutnya hukum mekanika tidak berubah, terlepas dari kerangka acuan mana yang digunakan. Tetapi pada saat yang sama, menurut teori, kecepatan rambat gelombang elektromagnetik harus berubah ketika sumber bergerak. Ini bertentangan dengan postulat Galileo dan teori Maxwell, yang menjadi alasan dimulainya penelitian.

Pada saat itu, sebagian besar ilmuwan cenderung pada "teori eter", yang menurutnya indikator tidak bergantung pada kecepatan sumbernya, faktor penentu utama adalah fitur lingkungan.

Michelson menemukan bahwa kecepatan cahaya tidak bergantung pada arah pengukuran.

Karena Bumi bergerak di luar angkasa dalam arah tertentu, kecepatan cahaya, menurut hukum penambahan kecepatan, akan berbeda ketika diukur dalam arah yang berbeda. Tetapi Michelson tidak menemukan perbedaan dalam perambatan gelombang elektromagnetik, terlepas dari arah mana pengukuran dilakukan.

Teori eter tidak dapat menjelaskan keberadaan nilai absolut, yang menunjukkan kekeliruannya dengan lebih baik.

Teori relativitas khusus Albert Einstein

Seorang ilmuwan muda saat itu mempresentasikan sebuah teori yang bertentangan dengan gagasan kebanyakan peneliti. Menurutnya, waktu dan ruang memiliki karakteristik yang memastikan invarian kecepatan cahaya dalam ruang hampa, terlepas dari kerangka acuan yang dipilih. Ini menjelaskan eksperimen Michelson yang gagal, karena kecepatan rambat cahaya tidak bergantung pada pergerakan sumbernya.

[tds_council]Konfirmasi tidak langsung kebenaran teori Einstein adalah "relativitas simultanitas", esensinya ditunjukkan pada gambar.[/tds_council]

Contoh bagaimana lokasi seseorang mempengaruhi persepsi mereka tentang propagasi cahaya.

Bagaimana kecepatan cahaya diukur sebelumnya?

Upaya untuk menentukan indikator ini telah dilakukan oleh banyak pihak, namun karena rendahnya tingkat perkembangan ilmu pengetahuan, hal ini sebelumnya bermasalah untuk dilakukan. Dengan demikian, para ilmuwan zaman kuno percaya bahwa kecepatan cahaya tidak terbatas, tetapi kemudian banyak peneliti meragukan postulat ini, yang menyebabkan sejumlah upaya untuk menentukannya:

1. Galileo menggunakan senter. Untuk menghitung kecepatan rambat gelombang cahaya, dia dan asistennya berada di perbukitan, yang jaraknya ditentukan dengan tepat. Kemudian salah satu peserta membuka lentera, yang kedua harus melakukan hal yang sama begitu melihat cahaya. Tetapi metode ini tidak memberikan hasil karena kecepatan rambat gelombang yang tinggi dan ketidakmampuan untuk menentukan interval waktu secara akurat.
2. Olaf Roemer, seorang astronom dari Denmark, melihat sebuah fitur saat mengamati Jupiter. Ketika Bumi dan Yupiter berada pada titik yang berlawanan dalam orbitnya, gerhana Io (bulan Yupiter) terlambat 22 menit dibandingkan dengan planet itu sendiri. Berdasarkan hal tersebut, ia menyimpulkan bahwa kecepatan rambat gelombang cahaya tidak terbatas dan memiliki batas. Menurut perhitungannya, angka itu sekitar 220.000 km per detik.
   Menentukan kecepatan cahaya menurut Roemer.
3. Sekitar periode yang sama, astronom Inggris James Bradley menemukan fenomena penyimpangan cahaya, ketika karena pergerakan Bumi mengelilingi Matahari, serta karena rotasi di sekitar porosnya, yang menyebabkan posisi bintang-bintang di langit. dan jarak ke mereka terus berubah.Karena fitur-fitur ini, bintang-bintang menggambarkan elips selama setiap tahun. Berdasarkan perhitungan dan pengamatan, astronom menghitung kecepatannya, yaitu 308.000 km per detik.
   penyimpangan cahaya
4. Louis Fizeau adalah orang pertama yang memutuskan untuk menentukan indikator yang tepat melalui percobaan laboratorium. Dia memasang kaca dengan permukaan cermin pada jarak 8633 m dari sumbernya, tetapi karena jaraknya kecil, tidak mungkin membuat perhitungan waktu yang akurat. Kemudian ilmuwan membuat roda gigi, yang secara berkala menutupi cahaya dengan gigi. Dengan mengubah kecepatan roda, Fizeau menentukan pada kecepatan berapa cahaya tidak sempat menyelinap di antara gigi dan kembali ke belakang. Menurut perhitungannya, kecepatannya adalah 315 ribu kilometer per detik.
   Pengalaman Louis Fizeau.

Mengukur kecepatan cahaya

Hal ini dapat dilakukan dengan beberapa cara. Tidak ada gunanya menganalisisnya secara mendetail, masing-masing akan memerlukan tinjauan terpisah. Karena itu, paling mudah untuk memahami varietasnya:

1. Pengukuran astronomi. Di sini, metode Roemer dan Bradley paling sering digunakan, karena mereka telah membuktikan keefektifannya dan sifat-sifat udara, air, dan fitur lingkungan lainnya tidak mempengaruhi kinerja. Dalam kondisi ruang hampa, akurasi pengukuran meningkat.
2. resonansi rongga atau efek rongga - ini adalah nama fenomena gelombang magnetik berdiri frekuensi rendah yang muncul di antara permukaan planet dan ionosfer. Dengan menggunakan rumus dan data khusus dari alat ukur, tidak sulit untuk menghitung nilai kecepatan partikel di udara.
3. interferometri - satu set metode penelitian di mana beberapa jenis gelombang terbentuk.Hal ini menghasilkan efek interferensi, yang memungkinkan untuk melakukan berbagai pengukuran getaran elektromagnetik dan akustik.

Dengan bantuan peralatan khusus, pengukuran dapat dilakukan tanpa menggunakan teknik khusus.

Apakah kecepatan superluminal mungkin?

Berdasarkan teori relativitas, kelebihan indikator oleh partikel fisik melanggar prinsip kausalitas. Karena itu, dimungkinkan untuk mengirimkan sinyal dari masa depan ke masa lalu dan sebaliknya. Tetapi pada saat yang sama, teori tidak menyangkal bahwa mungkin ada partikel yang bergerak lebih cepat, ketika mereka berinteraksi dengan zat biasa.

Jenis partikel ini disebut tachyon. Semakin cepat mereka bergerak, semakin sedikit energi yang mereka bawa.

Pelajaran video: Eksperimen Fizeau. Pengukuran kecepatan cahaya. Fisika kelas 11.

Kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah nilai konstan; banyak fenomena dalam fisika didasarkan padanya. Definisinya menjadi tonggak baru dalam perkembangan ilmu pengetahuan, karena memungkinkan untuk menjelaskan banyak proses dan menyederhanakan sejumlah perhitungan.