Скорост на светлината: Разлика между версии

[[Файл:Earth to Sun - en.png|мини|Слънчевата светлина изминава разстоянието от Слънцето до Земята за около 8 минути и 17 секунди.]]

 

 

В [[Теория на относителността|теорията на относителността]] ''c'' свързва времето и пространството. Фигурира също в прочутата формула за връзката между [[Маса (величина)|маса]] и [[енергия]] ''E''&nbsp;=&nbsp;''mc''².<ref name=LeClerq>{{Cite book| last=Uzan |first=J-P |last2=Leclercq |first2=B | year=2008 | title=The Natural Laws of the Universe: Understanding Fundamental Constants | url=http://books.google.com/?id=dSAWX8TNpScC&pg=PA43 | pages=43 – 4 | publisher=Springer | isbn=0387734546 }}</ref>, както и във формулите за увеличение на масата на движещите се тела в зависимост от скоростта им, в преводния [[коефициент]] между [[Електромагнетизъм|електромагнитната]] и [[Електростатика|електростатичната]] система единици и др. Тя е скоростта на всички безмасови частици и на съответните [[поле (физика)|полета]] във вакуум. Текущи теории предсказват, че това е скоростта на [[гравитация]]та и на гравитационните вълни и че това е изобщо максималната скорост, с която могат да се пренасят материя, енергия и информация. Според новите научни открития вселената се разширява със скорост по-голяма от скоростта на светлината.

 

 

В повечето практически случаи може да се приеме, че светлината се движи мигновено, но за големи разстояния и чувствителни измервания крайната скорост на светлината оказва забележим ефект. При комуникация с отдалечени [[космически апарат|космически сонди]] например обменът на съобщения със Земята може да отнеме минути и часове. Светлината на звездите, която наблюдаваме, ги е напуснала преди много години и по този начин става възможно да се изучава историята на [[Вселена]]та чрез наблюдение на отдалечени обекти. Крайната скорост на светлината ограничава и теоретичните максимални скорости на изчисление в [[компютър|компютрите]], тъй като [[информация]]та трябва да премине от [[чип]] към чип. Скоростта на светлината може да се използва за точно определяне на големи разстояния с т.нар. ''time of flight'' [[експеримент]]и.

Експерименталното определяне на точната стойност на ''c'' започва още през 1676 г., когато датският астроном Оле Рьомер доказва, че скоростта на светлината не е безкрайна, като наблюдава движението на [[Йо (спътник)|Йо]] – луната на [[Юпитер (планета)|Юпитер]].

 

 

== Означения ==

 

Понякога ''c'' се използва за скоростта на вълните в материална среда, а ''c''₀ за скоростта на светлината във вакуум.<ref name=handbook>Виж например:

|last=Lide |first=DR

|year=2004

|isbn=0849304857

}}

|last=Harris |first=JW |coauthors=''et al.''

|year=2002

|isbn=0-387-95269-1

}}

|last=Whitaker |first=JC

|year=2005

|isbn=0849318890

}}

|last=Cohen |first=ER |coauthors=''et al.''

|year=2007

}}</ref> Едно от тези следствия е, че безмасовите частици и вълни имат също скорост ''c''.

 

СТО има много следствия, които на пръв поглед противоречат на интуицията, но са доказани експериментално.<ref>

{{cite web

|publisher=Addison-Wesley

|isbn=9810227493

 

== Разпространение в различни среди ==

Когато се разпространява в среда, различна от вакуум, скоростта на светлината е различна от ''c''; освен това съществуват различни скорости на разпространение. Скоростта, с която се разпространяват върховете и падовете на една [[плоска вълна]] (изпълваща цялото пространство и характеризираща се с една единствена [[честота]]) се нарича '''фазова скорост''' &nbsp;''v''_p. Един реален физически сигнал като например импулс светлина се разпространява с различна скорост. Най-голямата част от импулса пътува с т.нар. '''групова скорост''' &nbsp;''v''_g, а челната му част – с т.нар. '''фронтова скорост''' &nbsp;''v''_f (виж илюстрацията на модулирана вълна, която се движи от ляво на дясно).

 

 

При разпространението на светлината в материална среда и преминаването от една среда към друга от значение е фазовата скорост. Тя често се представя с помощта на показателя на пречупване, който по дефиниция е отношението на ''c'' към фазовата скорост &nbsp;''v''_p в средата. По-големите стойности на показателя на пречупване са свързани с по-ниски скорости на разпространение. Показателят на пречупване зависи и от честотата (или [[дължина на вълната|дължината на вълната]]) на светлината, нейния [[интензитет на светлината|интензитет]], [[Поляризация (вълни)|поляризация]] и посока на разпространение, но в повечето случаи може да се разглежда като константа, зависеща само от материала. Показателят на пречупване на въздуха е приблизително 1.0003.<ref name=Podesta>{{Cite book

|work=refractiveindex.info

|accessed=14-3-2010

|title=Refractive index of Fused Silica [Glasses]

|url=http://refractiveindex.info/?group=GLASSES&material=F_SILICA

|title=Roemer and the first determination of the velocity of light (1676)

|journal=Isis

|doi=10.1086/347594

|ref=cohen-1940

|url=http://www-obs.univ-lyon1.fr/labo/fc/ama09/pages_jdsc/pages/jdsc_1676_lumiere.pdf

|journal=Journal des sçavans

|ref=roemer-1676

}}<br/>Translated in {{cite journal

|url=http://www.archive.org/stream/philosophicaltra02royarich#page/397/mode/1up

|journal=Philosophical Transactions of the Royal Society

|ref=roemer-1676-EnglishTrans

}} (възпроизведено в {{Cite book

|chapterurl=http://www.archive.org/stream/philosophicaltra02royarich#page/397/mode/1up

|location=London |publisher=C. & R. Baldwin

|ref=

}})<br>

Описанието на експеримента му, публикувано в ''Journal des sçavans'' се основава на доклада на Рьомер пред [[Френска академия на науките|Френската академия на науките]] през ноември 1676 г.[[#cohen-1940|(Cohen, 1940, p.&nbsp;346)]].</ref> Той забелязва, че при наблюдение на периодите на завъртане на спътниците около отдалечените планети те са различни в зависимост от това дали Земята се приближава или отдалечава от съответната планета. Разстоянието, изминато от светлината от съответния спътник (луна) до Земята е най-кратко, когато Земята е най-близко до планетата и най-дълго, когато те са най-отдалечени. Разликата между тези две точки е равна на диаметъра на земната орбита около Слънцето. По този начин наблюдаваната промяна в периода на обикаляне на спътника е всъщност разликата във времето, необходимо на светлината да преодолее разликата в разстоянията. Рьомер наблюдава ефекта в случая на най-вътрешния спътник на [[Юпитер (планета)|Юпитер]] [[Йо (спътник)|Йо]] и заключава, че на светлината е необходимо време, за да измине това разстояние, и го оценява на 22 минути. По-късно Хюйгенс в трудовете си за светлината изчислява стойността на скоростта на светлината, основавайки се на тогавашните оценки на диаметъра на Земята.

 

 

|last=Bradley |first=J

|year=1729

 

=== Експерименти ''time of flight'' ===

Следваща група методи се основават на експерименти от типа ''time of flight''. Най-ранният от тях е предложен от Иполит Физо. Лъчът светлина преминава през полупропускливо огледало (разположено на 8 km разстояние) и въртящо се [[зъбно колело]] и след отражение се регистрира. При определени скорости на въртене на зъбното колело се получава спиране или преминаване на лъча и като се знаят разстоянията, броят на зъбците и скоростта на въртене, може да се изчисли ''с''. <ref name=How/>

 

''c''²&nbsp;=&nbsp;1/(''ε''₀''μ''₀).

 

 

=== Интерферометрия ===

{{основна|Опит на Майкелсън-Морли}}

Интерферометрията е един от основните методи за определяне на разстояния поради характерната връзка между дължината на вълната на светлината и отстоянието между интерференчните максимуми.<ref name=Vaughan>

Подробно описание на интерферометричните методи за определяне на скоростта на светлината е дадено в {{Cite book