Од давнина, филозофи и научници су настојали да разумеју светлост. Поред покушаја да разазнају његова основна својства (тј. од чега је направљен – честица или талас, итд.), они су такође настојали да изврше коначна мерења колико брзо путује. Од краја 17. века, научници раде управо то, и то са све већом прецизношћу.
Чинећи то, они су боље разумели механику светлости и важну улогу коју она игра у физици, астрономији и космологији. Једноставније речено, светлост се креће невероватном брзином и најбржа је ствар у Универзуму. Његова брзина се сматра константном и несаломљивом баријером и користи се као средство за мерење удаљености. Али колико брзо путује?
Брзина светлости (ц):
Светлост путује константном брзином од 1.079.252.848,8 (1,07 милијарди) км на сат. То функционише на 299,792,458 м/с, или око 670,616,629 мпх (миља на сат). Да то ставимо у перспективу, ако бисте могли да путујете брзином светлости, могли бисте да опловите глобус отприлике седам и по пута у једној секунди. У међувремену, особи која лети просечном брзином од око 800 км/х (500 мпх), требало би више од 50 сати да само једном обиђе планету.
Илустрација која приказује удаљеност коју светлост путује између Земље и Сунца. Кредит: ЛуцасВБ/Публиц Домаин
Да то ставимо у астрономску перспективу, просечна удаљеност од Земље до Месеца је 384,398,25 км (238,854 миља). Дакле, светлост пређе ту удаљеност за отприлике секунду. У међувремену, просечна удаљеност од Сунца до Земље је ~149,597,886 км (92,955,817 миља), што значи да је светлости потребно само око 8 минута да направи то путовање.
Није ни чудо зашто је брзина светлости метрика која се користи за одређивање астрономских удаљености. Када кажемо да је звезда попут Проксиме Кентаури удаљена 4,25 светлосних година, кажемо да би било потребно – путујући константном брзином од 1,07 милијарди км на сат (670,616,629 мпх) – око 4 године и 3 месеца да стигне тамо. Али како смо дошли до овог веома специфичног мерења за „брзину светлости“?
Историја студија:
Све до 17. века научници нису били сигурни да ли светлост путује коначном брзином или тренутно. Од времена старих Грка до средњовековних исламских учењака и научника раног модерног периода, дебата је ишла напред-назад. Тек радом данског астронома Олеа Ромера (1644-1710) извршено је прво квантитативно мерење.
Године 1676, Рøмер је приметио да су периоди Јупитеровог најдубљег месеца Ио изгледали краћи када се Земља приближава Јупитеру него када се удаљава од њега. Из овога је закључио да светлост путује коначном брзином и проценио да је потребно око 22 минута да пређе пречник Земљине орбите.
Професор Алберт Ајнштајн држи 11. предавање Џозаје Виларда Гибса на Карнеги институту за технологију 28. децембра 1934, где је изложио своју теорију о томе како су материја и енергија иста ствар у различитим облицима. Кредит: АП Пхото
Кристијан Хајгенс користио је ову процену и комбиновао је са проценом пречника Земљине орбите да би добио процену од 220.000 км/с. Исак Њутн такође је говорио о Рøмеровим прорачунима у свом суштинском делу Оптицкс (1706). Прилагођавајући растојање између Земље и Сунца, израчунао је да ће светлости бити потребно седам или осам минута да путује од једног до другог. У оба случаја, они су били ван снаге са релативно малом разликом.
Каснија мерења коју су извршили француски физичари Хиполит Физо (1819 – 1896) и Леон Фуко (1819 – 1868) додатно су прецизирала ова мерења – што је резултирало вредношћу од 315.000 км/с (192.625 ми/с). А до друге половине 19. века, научници су постали свесни везе између светлости и електромагнетизма.
То су постигли физичари који су мерили електромагнетна и електростатичка наелектрисања, који су затим открили да је нумеричка вредност веома блиска брзини светлости (како је измерио Физо). На основу сопственог рада, који је показао да се електромагнетни таласи шире у празном простору, немачки физичар Вилхелм Едуард Вебер је предложио да је светлост електромагнетни талас.
Следећи велики продор догодио се почетком 20. века/ У свом раду из 1905. године под насловом „О електродинамици покретних тела“, Алберт Ајнштајн тврдио да је брзина светлости у вакууму, мерена од стране посматрача који не убрзава, иста у свим инерцијалним референтним оквирима и независна од кретања извора или посматрача.
Ласер који сија кроз чашу воде показује колико промена у брзини (у мпх) пролази док прелази из ваздуха, у стакло, у воду и назад. Кредит: Боб Кинг
Користећи ово и Галилејев принцип релативности као основу, Ајнштајн је извео Теорија специјалне релативности , у којој је брзина светлости у вакууму (ц) је била фундаментална константа. Пре тога, радни консензус међу научницима сматрао је да је простор испуњен „светлећим етром“ који је одговоран за његово ширење – тј.
То је заузврат значило да ће измерена брзина светлости бити прост збир њене брзинекрозсредња плус брзинаофтај медиј. Међутим, Ајнштајнова теорија је ефективно учинила концепт стационарног етра бескорисним и револуционисала концепте простора и времена.
Не само да је унапредио идеју да је брзина светлости иста у свим инерцијалним референтним оквирима, већ је увео и идеју да се велике промене дешавају када се ствари крећу близу брзине светлости. Ово укључује временско-просторни оквир тела у покрету који изгледа да успорава и скупља у смеру кретања када се мери у оквиру посматрача (тј. дилатација времена, где се време успорава како се брзина светлости приближава).
Његова запажања су такође помирила Максвелове једначине за електрицитет и магнетизам са законима механике, поједноставила математичке прорачуне укидањем необјашњивих објашњења која су користили други научници и у складу са директно посматраном брзином светлости.
Током друге половине 20. века, све прецизнија мерења коришћењем ласерских инферометара и техника резонанције шупљина додатно би побољшала процене брзине светлости. До 1972. године, група из америчког Националног бироа за стандарде у Боулдеру, Колорадо, користила је технику ласерског инферометра да добије тренутно признату вредност од 299,792,458 м/с.
Улога у модерној астрофизици:
Ајнштајнова теорија да је брзина светлости у вакууму независна од кретања извора и инерцијалног референтног оквира посматрача је од тада доследно потврђена многим експериментима. Такође поставља горњу границу за брзине којима све честице и таласи без масе (што укључује светлост) могу да путују у вакууму.
Један од резултата овога је да космолози сада третирају простор и време као јединствену, уједињену структуру познату као простор-време – у којој се брзина светлости може користити за дефинисање вредности за оба (тј. „светлосне године“, „светлосне минуте“ и „светлосне секунде”). Мерење брзине светлости је такође постало главни фактор при одређивању брзине космичког ширења.
Почевши од 1920-их са запажањима Лемаитра и Хуббле-а, научници и астрономи су постали свесни да се Универзум шири од тачке порекла. Хабл је такође приметио да што је галаксија удаљенија, изгледа да се брже креће. У ономе што се сада назива Хаблов параметар , брзина којом се Универзум шири је израчуната на 68 км/с по мегапарсеку.
Ова појава, за коју се теоретизирало да значи да неки галаксије би се заправо могле кретати брже од брзине светлости , може поставити ограничење на оно што је видљиво у нашем Универзуму. У суштини, галаксије које путују брже од брзине светлости би прешле „космолошки хоризонт догађаја“, где нам више нису видљиве.
Такође, до 1990-их, мерења црвеног помака удаљених галаксија су показала да се ширење Универзума убрзава у последњих неколико милијарди година. Ово је довело до теорија попут „ Дарк Енерги “, где невидљива сила покреће ширење самог простора уместо објеката који се крећу кроз њега (на тај начин не постављајући ограничења на брзину светлости или нарушавајући релативност).
Заједно са специјалном и општом релативношћу, савремена вредност брзине светлости у вакууму је утицала на космологију, квантну физику и стандардни модел физике честица. Остаје константа када се говори о горњој граници на којој честице без масе могу да путују, и остаје недостижна баријера за честице које имају масу.
Можда ћемо једног дана пронаћи начин да премашимо брзину светлости. Иако немамо практичне идеје о томе како би се то могло десити, чини се да је паметан новац заснован на технологијама које ће нам омогућити да заобиђемо законе простор-времена, било стварањем мехурића (тзв. Алцубиерре Варп Дриве ), или тунелирањем кроз њега (ака. црвоточине ).
До тог времена, мораћемо само да будемо задовољни Универзумом који можемо да видимо и да се држимо истраживања његовог дела који је доступан конвенционалним методама.
Написали смо много чланака о брзини светлости за Универсе Тодаи. ево Колико је брза брзина светлости? , Како се галаксије удаљавају брже од светлости? , Како свемир може путовати брже од брзине светлости? , и Прекидање брзине светлости .
Ево одличног калкулатора који вам омогућава да претворите многе различите јединице за брзину светлости , а ево а калкулатор релативности , у случају да желите да путујете скоро брзином светлости.
Астрономи Цаст такође има епизоду која се бави питањима о брзини светлости - Питања показују: Релативност, Релативност и више Релативност .
Извори: