Prędkość światła

Z Wikipedii

Masz nowe wiadomości (różnica z poprzednią wersją).

Prędkość światła w zależności od kontekstu może oznaczać:

prędkość fali elektromagnetycznej w próżni i wynikającą z tego stałą fizyczną,
prędkość światła w ośrodkach materialnych.

Spis treści

1 Prędkość światła w próżni
2 Zależność od ośrodka
- 2.1 Przyspieszanie i spowalnianie
3 Pomiary
4 Stała fizyczna
- 4.1 Standaryzacja
5 Zobacz też

[edytuj] Prędkość światła w próżni

Prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w próżni nie zależy od częstości fali ( $ω = c k$ ) ani układu odniesienia. Stałość tej prędkości wynika z podstawowych własności przestrzeni i jest w fizyce określana jako stała nazywana prędkość światła'.

[edytuj] Zależność od ośrodka

Prędkość rozchodzenia fali elektromagnetycznej zależy od ośrodka w jakim porusza się ta fala i osiąga wielkość maksymalną w próżni. Należy przy tym pamiętać, że w odróżnieniu od np. dźwięku fala elektromagnetyczna do propagacji nie potrzebuje ośrodka (takim hipotetycznym ośrodkiem, w którym miałaby się fala elektromagnetyczna rozchodzić nazywano eterem. Doświadczenia Michelsona-Morleya pokazały jednoznacznie, że eter nie istnieje).

[edytuj] Przyspieszanie i spowalnianie

Obiekty posiadające niezerową masę spoczynkową nie mogą osiągnąć prędkości światła w próżni, choć mogą się do niej dowolnie zbliżyć. Mogą one natomiast osiągać i przekraczać prędkość poruszania się światła w danym ośrodku. Obiekty takie emitują wówczas fotony zwane promieniowaniem Czerenkowa.

W najnowszych eksperymentach nad rozchodzeniem się światła w ośrodkach materialnych udało się:

spowolnić je do prędkości 69 km/h,
na bardzo krótki czas zatrzymać światło.

Takie manipulacje z prędkością uzyskiwane są w laboratoriach, gdzie wiązkę światła przepuszcza się przez specjalnie przygotowany ośrodek, którego własności zmienia się podczas ruchu światła w tym ośrodku.

Wyniki tych doświadczeń można tłumaczyć oddziaływaniem światła z materią.

[edytuj] Pomiary

Pierwszego pomiaru prędkości światła planował dokonać Galileusz. Eksperyment postanowił przeprowadzić wraz ze swoim pomocnikiem za miastem na dwóch wzgórzach, mając do dyspozycji dwie latarnie. Sama próba polegała na odsłanianiu i przesłanianiu latarni, jednak ze względu na ogromną prędkość światła i bardzo duży błąd pomiaru, skazana była na niepowodzenie. Była to jednak pierwsza odnotowana eksperymentalna próba zmierzenia prędkości światła.

Pierwszego laboratoryjnego pomiaru prędkości światła dokonał w 1849 roku francuski fizyk Armand Hippolyte Fizeau używając koła zębatego. Od tamtej pory metody pomiaru prędkości światła były stale rozwijane skutkując wysoką dokładnością tychże. W 1907 roku Albert Abraham Michelson otrzymał Nagrodę Nobla m.in. za bardzo dokładne pomiary prędkości światła.

[edytuj] Stała fizyczna

Prędkość światła (prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w próżni) jest bardzo ważną stałą fizyczną oznaczana symbolem $c$ wynoszącą dokładnie $299\,792\,458\,\tfrac{m}{s}$ .

W elektrodynamice klasycznej prędkość śwatła jest konsekwencją równań Maxwella. Jest to stała fundamentalna związana z własnościami próżni, m.in. z przenikalnością dielektryczną $\varepsilon_0$ (wyrażone w jednostkach SI):

$\varepsilon_0 = \frac{10^{7}}{4\pi c^2} \quad \mathrm{(v~ A^2\, s^4\, kg^{-1}\, m^{-3}, \, albo \, F \, m^{-1})}$

i przenikalnościa magnetyczną $μ 0$

$\mu_0 = 4\,\pi\, 10^{-7} \quad \mathrm{(v~ kg\, m\, s^{-2}\, A^{-2}, \, albo \, N \, A^{-2})}$ .

James Clerk Maxwell pokazał (około 1856 roku), że konsekwencją równań elektrodynamiki jest istnienie fali elektromagnetycznej propagującej się z prędkością:

$c=\frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0\mu_0}}$

Eksperymentalnie zostało to potwierdzone przez Heiricha Hertza kilkadziesiąt lat później. To, że fala eletromagnetyczna propaguje się z prędkością $c$ jest kosekwencją bezmasowości fotonu (masa spoczynkowa fotonu jest równa zeru).

W szczególnej teorii względności stała ta wynika ze związku między czasem a przestrzenią w transformacji Lorentza i pojawia się w fizyce w wielu prawach i związkach:

stanowi ona prędkość graniczną rozchodzenia się energii w szczególnej teorii względności.
$E = m c 2$
i inne...

[edytuj] Standaryzacja

Po zatwierdzeniu przez Generalną Konferencję Miar i Wag w 1983 definicji metra, jako odległości, jaką pokonuje światło w próżni w czasie $\tfrac{1}{299792458} s$ , prędkość światła w próżni stała się wzorcem i wynosi dokładnie $299 792 458 \tfrac{m}{s}$ . W mniej dokładnych obliczeniach na poziomie szkolnym, często używa się też przybliżonej wartości tej prędkości: $3 \times 10^8 \tfrac{m}{s}$ .