Quanto velocemente viaggia la luce nel vuoto

La velocità della luce nel vuoto è un indicatore ampiamente utilizzato in fisica e un tempo ha permesso di fare numerose scoperte, oltre a spiegare la natura di molti fenomeni. Ci sono diversi punti importanti che devono essere studiati per comprendere l'argomento e capire come e in quali condizioni è stato scoperto questo indicatore.

Qual è la velocità della luce

La velocità di propagazione della luce nel vuoto è considerata un valore assoluto, riflettendo la velocità di propagazione della radiazione elettromagnetica. È ampiamente usato in fisica e ha una designazione sotto forma di una piccola lettera latina "s" (dice "tse").

Nel vuoto, la velocità della luce viene utilizzata per determinare la velocità con cui si muovono le diverse particelle.

Secondo la maggior parte dei ricercatori e degli scienziati, la velocità della luce nel vuoto è la massima velocità possibile di movimento delle particelle e di propagazione di vari tipi di radiazioni.

Per quanto riguarda gli esempi di fenomeni, essi sono:

1. Luce visibile da qualsiasi fonte.
2. Tutti i tipi di radiazioni elettromagnetiche (come raggi X e onde radio).
3. Onde gravitazionali (qui le opinioni di alcuni esperti divergono).

Molti tipi di particelle possono viaggiare vicino alla velocità della luce, ma non la raggiungono mai.

Il valore esatto della velocità della luce

Gli scienziati hanno cercato per molti anni di determinare quale sia la velocità della luce, ma negli anni '70 del secolo scorso sono state effettuate misurazioni accurate. Infine l'indicatore era 299.792.458 m/s con una deviazione massima di +/-1,2 m. Oggi è un'unità fisica invariabile, poiché la distanza in un metro è 1/299.792.458 di secondo, ovvero quanto tempo impiega la luce nel vuoto a percorrere 100 cm.

Scientifico formula per determinare la velocità della luce.

Per semplificare i calcoli, l'indicatore è semplificato a 300.000.000 m/s (3×108 m/s). È familiare a tutti nel corso di fisica a scuola, è lì che la velocità viene misurata in questa forma.

Il ruolo fondamentale della velocità della luce in fisica

Questo indicatore è uno dei principali, indipendentemente dal sistema di riferimento utilizzato nello studio. Non dipende dal movimento della sorgente d'onda, che è anche importante.

L'invarianza è stata postulata da Albert Einstein nel 1905. Ciò è accaduto dopo che un altro scienziato, Maxwell, che non ha trovato prove dell'esistenza di un etere luminifero, ha avanzato una teoria sull'elettromagnetismo.

L'affermazione che un effetto causale non può essere trasportato a una velocità superiore a quella della luce è considerata oggi abbastanza ragionevole.

A proposito! I fisici non negano che alcune particelle possono muoversi a una velocità superiore all'indicatore considerato. Tuttavia, non possono essere utilizzati per trasmettere informazioni.

Riferimenti storici

Per comprendere le caratteristiche dell'argomento e scoprire come sono stati scoperti determinati fenomeni, si dovrebbero studiare gli esperimenti di alcuni scienziati. Nel XIX secolo furono fatte molte scoperte che aiutarono gli scienziati in seguito, riguardarono principalmente la corrente elettrica e i fenomeni di induzione magnetica ed elettromagnetica.

Esperimenti di James Maxwell

La ricerca del fisico ha confermato l'interazione delle particelle a distanza. Successivamente, ciò ha permesso a Wilhelm Weber di sviluppare una nuova teoria dell'elettromagnetismo. Maxwell ha anche stabilito chiaramente il fenomeno dei campi magnetici ed elettrici e ha stabilito che possono generarsi a vicenda, formando onde elettromagnetiche. Fu questo scienziato che iniziò per primo a usare la designazione "s", che è ancora usata dai fisici di tutto il mondo.

Grazie a ciò, la maggior parte dei ricercatori ha già iniziato a parlare della natura elettromagnetica della luce. Maxwell, mentre studiava la velocità di propagazione delle eccitazioni elettromagnetiche, è giunto alla conclusione che questo indicatore è uguale alla velocità della luce, un tempo fu sorpreso da questo fatto.

Grazie alla ricerca di Maxwell, è diventato chiaro che luce, magnetismo ed elettricità non sono concetti separati. Insieme, questi fattori determinano la natura della luce, perché è una combinazione di un campo magnetico ed elettrico che si propaga nello spazio.

Schema di propagazione delle onde elettromagnetiche.

Michelson e la sua esperienza nel dimostrare l'assolutezza della velocità della luce

All'inizio del secolo scorso, la maggior parte degli scienziati utilizzava il principio di relatività di Galileo, secondo il quale si riteneva che le leggi della meccanica fossero invariate, indipendentemente dal sistema di riferimento utilizzato. Ma allo stesso tempo, secondo la teoria, la velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche dovrebbe cambiare quando la sorgente si muove. Ciò contrastava sia con i postulati di Galileo che con la teoria di Maxwell, motivo per l'avvio della ricerca.

A quel tempo, la maggior parte degli scienziati era incline alla "teoria dell'etere", secondo la quale gli indicatori non dipendevano dalla velocità della sua fonte, il principale fattore determinante erano le caratteristiche dell'ambiente.

Michelson ha scoperto che la velocità della luce non dipende dalla direzione della misurazione.

Poiché la Terra si muove nello spazio esterno in una certa direzione, la velocità della luce, secondo la legge dell'addizione delle velocità, differirà se misurata in direzioni diverse. Ma Michelson non ha riscontrato alcuna differenza nella propagazione delle onde elettromagnetiche, indipendentemente dalla direzione in cui sono state effettuate le misurazioni.

La teoria dell'etere non poteva spiegare la presenza di un valore assoluto, che mostrava ancora meglio la sua fallacia.

La teoria della relatività speciale di Albert Einstein

Un giovane scienziato a quel tempo presentò una teoria che contrasta con le idee della maggior parte dei ricercatori. Secondo essa, il tempo e lo spazio hanno caratteristiche tali da garantire l'invarianza della velocità della luce nel vuoto, indipendentemente dal sistema di riferimento scelto. Ciò spiegava gli esperimenti falliti di Michelson, poiché la velocità di propagazione della luce non dipende dal movimento della sua sorgente.

[tds_council]La conferma indiretta della correttezza della teoria di Einstein è stata la "relatività della simultaneità", la sua essenza è mostrata nella figura.[/tds_council]

Un esempio di come la posizione di una persona influisce sulla sua percezione della propagazione della luce.

Come veniva misurata la velocità della luce prima?

Molti tentativi di determinare questo indicatore sono stati fatti, ma a causa del basso livello di sviluppo della scienza, in precedenza era problematico farlo. Pertanto, gli scienziati dell'antichità credevano che la velocità della luce fosse infinita, ma in seguito molti ricercatori hanno dubitato di questo postulato, che ha portato a una serie di tentativi per determinarlo:

1. Galileo usava le torce elettriche. Per calcolare la velocità di propagazione delle onde luminose, lui e il suo assistente erano sulle colline, la cui distanza era determinata esattamente. Quindi uno dei partecipanti ha aperto la lanterna, il secondo ha dovuto fare lo stesso non appena ha visto la luce. Ma questo metodo non ha dato risultati a causa dell'elevata velocità di propagazione delle onde e dell'incapacità di determinare con precisione l'intervallo di tempo.
2. Olaf Roemer, un astronomo danese, ha notato una caratteristica mentre osservava Giove. Quando la Terra e Giove erano in punti opposti nelle loro orbite, l'eclissi di Io (una luna di Giove) era in ritardo di 22 minuti rispetto al pianeta stesso. Sulla base di ciò, ha concluso che la velocità di propagazione delle onde luminose non è infinita e ha un limite. Secondo i suoi calcoli, la cifra era di circa 220.000 km al secondo.
   Determinazione della velocità della luce secondo Roemer.
3. Intorno allo stesso periodo, l'astronomo inglese James Bradley scoprì il fenomeno dell'aberrazione luminosa, quando a causa del movimento della Terra attorno al Sole, nonché per la rotazione attorno al suo asse, a causa della quale la posizione delle stelle nel cielo e la distanza da loro cambia continuamente.A causa di queste caratteristiche, le stelle descrivono un'ellisse durante ogni anno. Sulla base di calcoli e osservazioni, l'astronomo ha calcolato la velocità, era di 308.000 km al secondo.
   aberrazione della luce
4. Louis Fizeau è stato il primo a decidere di determinare l'esatto indicatore attraverso un esperimento di laboratorio. Ha installato un vetro con una superficie speculare a una distanza di 8633 m dalla sorgente, ma poiché la distanza è piccola, era impossibile fare calcoli accurati del tempo. Quindi lo scienziato ha installato una ruota dentata, che periodicamente copriva la luce con i denti. Modificando la velocità della ruota, Fizeau determinava a quale velocità la luce non aveva il tempo di scivolare tra i denti e tornare indietro. Secondo i suoi calcoli, la velocità era di 315 mila chilometri al secondo.
   Esperienza di Louis Fizeau.

Misurare la velocità della luce

Questo può essere fatto in diversi modi. Non vale la pena analizzarli in dettaglio; ciascuno richiederà una revisione separata. Pertanto, è più facile capire le varietà:

1. Misure astronomiche. Qui vengono utilizzati più spesso i metodi di Roemer e Bradley, poiché hanno dimostrato la loro efficacia e le proprietà dell'aria, dell'acqua e di altre caratteristiche dell'ambiente non influiscono sulle prestazioni. In condizioni di vuoto spaziale, la precisione della misurazione aumenta.
2. risonanza della cavità o effetto cavità - questo è il nome del fenomeno delle onde magnetiche stazionarie a bassa frequenza che sorgono tra la superficie del pianeta e la ionosfera. Utilizzando formule speciali e dati provenienti da apparecchiature di misurazione, non è difficile calcolare il valore della velocità delle particelle nell'aria.
3. Interferometria - un insieme di metodi di ricerca in cui si formano diversi tipi di onde.Ciò si traduce in un effetto di interferenza, che consente di effettuare numerose misurazioni di vibrazioni sia elettromagnetiche che acustiche.

Con l'aiuto di attrezzature speciali, le misurazioni possono essere eseguite senza l'uso di tecniche speciali.

È possibile la velocità superluminale?

Basato sulla teoria della relatività, l'eccesso dell'indicatore da parte delle particelle fisiche viola il principio di causalità. Per questo motivo è possibile trasmettere segnali dal futuro al passato e viceversa. Ma allo stesso tempo, la teoria non nega che possano esserci particelle che si muovono più velocemente, mentre interagiscono con sostanze ordinarie.

Questo tipo di particelle è chiamato tachioni. Più velocemente si muovono, meno energia trasportano.

Video lezione: L'esperimento di Fizeau. Misurazione della velocità della luce. Classe di fisica 11.

La velocità della luce nel vuoto è un valore costante, molti fenomeni in fisica si basano su di esso. La sua definizione divenne una nuova pietra miliare nello sviluppo della scienza, poiché consentiva di spiegare molti processi e semplificava una serie di calcoli.