Mikä on valon nopeus ja miten he löysivät sen?

Valon nopeus on universumin perusvakio, mikä tarkoittaa, että riippumatta siitä, missä tarkkailija on tai kuinka nopeasti hän liikkuu, valon nopeus pysyy samana. Vaikka sitä kutsutaan valonnopeudeksi, mittaus on itse asiassa minkä tahansa hiukkasen nopeus, jolla ei ole massaa, kun se kulkee tyhjiön läpi. Vakiona valonnopeus on tärkeä osa paljon tieteellistä työtä, erityisesti fyysikoille. Ei siis ole yllätys, että tiedemiehet käyttivät vuosisatoja laskeessaan tarkasti, kuinka nopeasti valo kulkee.

katso spin traileri

Mikä on valon nopeus?

Yksinkertaisimmillaan valon nopeus on nopeus, jolla valo kulkee avaruuden läpi. Valon tarkka nopeus on 299 792,458 kilometriä sekunnissa (kps) tai 186282,397 mailia sekunnissa (mps). Tämä pyöristetään usein 300 000 kilometriin sekunnissa tai 186 000 mailia sekunnissa. Valon nopeutta merkitään yleisesti a c yhtälöissä.

Valon nopeus muinaisina aikoina

Koska valon nopeus nousee usein avaruusmatkoista keskusteltaessa, se saattaa tuntua nykyajan kysymykseltä, mutta tiedemiehet ja filosofit ovat pohtineet asiaa antiikin Kreikasta lähtien. Empedokles uskoi, että valon kulkeminen auringosta maan päälle kesti jonkin aikaa, mutta Aristoteles oli eri mieltä uskoen valon leviävän hetkessä. Muita aiheeseen liittyviä varhaisia ​​ajattelijoita olivat Eukleides, Ptolemaios ja Aleksandrian Heron, jotka väittivät, että valon nopeus on ääretön, koska esineet ilmestyvät heti, kun ihmisen silmät avautuvat.

Galileon työ

Seuraava suuri askel tieteen tiedossa valonnopeudesta tuli, kun tutkijat yrittivät tehdä mittauksia. Vuonna 1629 Isaac Beeckmann käytti ruutia ja peilejä yrittääkseen löytää vastauksen ja kysyi tarkkailijoilta salaman näkemisen ja pamauksen kuulemisen välistä viivettä.

Galileon kokeiluun osallistui ihmisiä, joilla oli peitetyt lyhdyt, jotka seisoivat tunnetun etäisyyden päässä toisistaan ​​ja paljastavat lyhtynsä. Hän ei voinut mitata aikaviivettä, mutta päätteli, että valo on vähintään kymmenen kertaa ääntä nopeampi.

Jupiterin kuut

Seuraavat kokeet tehtiin vuonna 1676, ja niissä mitattiin avaruudesta tulevaa valoa maapallon sijaan. Tähtitieteilijä Ole Romer tutki Io-kuuta, jonka Jupiter säännöllisesti varjostaa. Romer havaitsi, että pimennykset olivat usein odotettua myöhäisempiä ja ennusti lopulta oikein, että pimennys olisi 10 minuuttia myöhässä. Pimennykset viivästyivät eniten, kun planeettojen kiertoradat veivät ne suurimman etäisyyden toisistaan, koska valolla oli matkaa enemmän.

Valonnopeuden varhaiset mittaukset

Minkä tahansa nopeuden mittaaminen perustuu kahden pisteen välisen etäisyyden tuntemiseen, ja Romerin aikana tiedemiehet selvittivät vielä Maan ja auringon välistä etäisyyttä. Tämä johti siihen, että valon kulkemiseen auringosta Maahan kuluva aika on 7–22 minuuttia.

Romer keksi lopulta 125 000 mailia sekunnissa. Fyysikko James Bradley käytti laskelmissaan tähtien sijainnin muutosta ja sai 185 000 mailia sekunnissa, mikä on vain 1 prosentti oikeasta luvusta.

kuinka kasvattaa jadekasvia

Fizeau ja Foucault

1800-luvun puoliväliin asti luvut perustuivat havaintoihin planeettojen muutoksista. Ranskalaiset kilpailijat Fizeau ja Foucault tekivät samanlaisia ​​​​kokeita mitatakseen suoraan valon nopeutta. Heidän luomissaan koneissa käytettiin peilejä, jotka heijastivat valoa pyörivään laitteeseen, ja tiedemiehet mittasivat kiertonopeuden, joka tapahtui ennen kuin valo pomppasi takaisin valonnopeuden määrittämiseksi. Tämä antoi heille luvun, joka on hyvin lähellä nykyaikaista arviota.

Michelson ja Luminiferous Aether

1870-luvulle asti tiedemiehet uskoivat, että luminiferous eetteri -niminen väliaine liikutti valoa kaikkialla maailmankaikkeudessa. Yrittääkseen havaita valoeetterin fysiikan luennoitsija Albert Michelson loi uudelleen Foucault'n kokeen, mutta etäisyydet olivat 610 metriä 18 metrin sijaan. Tämä lisäsi kokeen tarkkuutta ja Michelsonin luku oli standardi 40 vuoden ajan. Se kuitenkin osoitti myös, että eetteriä ei ollut olemassa, ja Michelsonista tuli ainoa henkilö, joka voitti Nobel-palkinnon erittäin tarkasta löytämättä jättämisestä.

Einsteinin teos

Albert Einstein teki osan tärkeimmistä valonnopeuden töistä. Perustaen ehdotukseen, että valo oli sähkömagneettinen aalto, Einstein osoitti, että valon nopeus on vakio, ja se kulkee samalla nopeudella riippumatta siitä, kuinka nopeasti tarkkailija liikkuu. Tämä tunnetaan erityissuhteellisuusteoriana. Einstein antoi tiedemaailmalle arvon c , joka on nyt perusvakio.

merenneidot todelliset merenneidot

Miksi valonnopeus on tärkeä?

Valonnopeuden mittaamisen tunteminen antaa tutkijoille mahdollisuuden tehdä laskelmia ja kehittää teorioita maailmankaikkeudesta, mikä edistää tieteellistä edistystä ja antaa maailmalle uusia ideoita ja teknologioita. Luku on fysiikan opiskelussa perustavanlaatuinen ja sitä käytetään myös muilla aloilla, mukaan lukien tähtitiede, tietotekniikka ja valokuitutekniikka.

Kysymyksiä tulevaisuutta varten

Valon nopeus on pohjimmiltaan maailmankaikkeuden nopeusrajoitus. Einsteinin teoria osoitti, että mikään kappale, jolla on massa, ei voi kulkea valonnopeutta nopeammin, koska se vaatisi äärettömän määrän energiaa. Tiedemiehet pyrkivät kuitenkin aina valloittamaan uusia rajoja, vaikka se merkitsisikin fysiikan lakien rikkomista. Valonnopeutta nopeampi matkustaminen tuo mieleen aikamatkailun ja galaksien välisen matkan. Vaikka nämä ovat edelleen tieteiskirjallisuuden piirissä, tiede tarjoaa äärettömät mahdollisuudet.