A fény sebessége mindent, amit tudnia kell!
2017. június 28. ∙ 8 perc olvasási idő
Emlékeztetők: a fény
A fény egy elektromágneses hullám, amely egy mágneses mezőből és egy elektromos mezőből áll, amelyek egymásra merőlegesen lengenek a fényhullám terjedési irányára merőleges síkban. Vákuumban a fény egyenes vonalban halad a c sebességgel jelzett fénysebességgel.
Fénysebesség vákuumban
Pontos érték
A fénysebesség pontos értékét 1983-ban a Súly- és Mérőiroda rögzítette: c = 299 792 458 m/s vagy c = 2,99792458 x 10 8 m/s, a nemzetközi rendszer egységeinek felhasználásával.
Kilométer/órában kifejezhető úgy is, hogy szorozzuk az m/s értéket 3,6-tal: c = 1 079 252 848,8 km/h vagy c = 1,0792528488 x 10 9. km/h .
Ez az érték, amely a fizika alapvető állandóját képviseli, nagy pontosságot igénylő számításokhoz használható. A mérő meghatározására a nemzetközi mértékegység-rendszerben is szolgál: egy méter megfelel a fény által vákuumban megtett hossznak 1/299 792 458 másodperc alatt.
Hozzávetőleges érték
Gyakoribb számításokhoz megközelítő értéket használunk méterben másodpercenként: c = 3,00 x 10 8 m/s, vagy kilométer/órában: c = 1,08 x 10 9. km/h .
Ezek az értékek mindegyike 3 szignifikáns számjeggyel rendelkezik, és kellően pontos a fénysebességgel kapcsolatos legtöbb számításhoz.
Egy kis történelmi emlékeztető a fénysebességről
A fényre vonatkozó első elképzelések azt feltételezik, hogy vagy jelen lehet egy térben, vagy hiányozhat: a fény ezért pillanatnyi lenne.
Galilei nemcsak a Föld bolygó alakjában döntött !
A térben terjedés, tehát a sebesség fogalma ekkor nincs jelen.
A fénysebesség változatlansága vákuumban
A klasszikus mechanikában bármely sebesség függ a választott referenciakerettől.
A fény (és általában az elektromágneses sugárzás) esetében azonban nem ez a helyzet: sebessége invariáns. Ez azt jelenti, hogy a fény ugyanolyan sebességgel terjed (c vákuumban) egy megfigyelő számára, amely mozog a forrása szempontjából, vagy egy mozgásban lévő megfigyelő számára. Éppen ellenkezőleg, egy megfigyelő által mért hanghullám sebessége attól függ, hogy az utóbbi milyen sebességgel mozog a hang forrásához képest.
Az invarianitás modern tesztje fénysebesség 1964-ben Alväger svéd fizikus csapata hajtotta végre a CERN (Európai Nukleáris Kutatási Szervezet) Proton Synchrotron-ján belül. Ez a repülési idő technikáján alapuló teszt a neutrális pionok π 0 nevű részecskék bomlásából származó γ sugarak sebességének méréséből állt, amelyek fotonokat bontanak le.
A fénysebesség változatlansága képezi a fény alapvető posztulátumát Albert Einstein által létrehozott különleges relativitáselmélet század elején. A fény vákuumban történő terjedésének sebessége a fényhullám frekvenciájától és a galilei referenciakerettől függetlenül változhatatlan.
A szaporítóközeg hatása
A fény sebessége az anyagban
A legtöbb átlátszó anyagi közegben a fény lassabban halad, mint a vákuum: annak sietség akkor függ a közeg kémiai jellegétől, sűrűségétől, koncentrációjától (oldatok esetében), de bizonyos fizikai mennyiségektől is, például:
- hőfok,
- nyomás
- vagy a figyelembe vett sugárzás hullámhossza.
A különböző átlátszó közegeket törésmutatójuk jellemzi (n megjegyzés). Ez az egység nélküli index mindig nagyobb, mint 1, mert ezt figyelembe vesszük az n = 1 vákuum esetében, és lehetővé teszi annak megállapítását, hogy a fény milyen sebességgel terjed egy adott közegben. Valójában a közeg törésmutatóját (n) a fény vákuumban (c) terjedési sebességének és az ebben a közegben (v) való terjedés sebességének arányában határozzuk meg, azaz
| Törésmutató (n) | 1.00 | 1.33 | 1.50 | 2.42 |
| Sebesség (c) | 3,00 x 10 ^ 8 m/s | 2,25 x 10 ^ 8 m/s | 2,00 x 10 ^ 8 m/s | 1,24 x 10 ^ 8 m/s |