Уикипедия

Скорост на светлината: Разлика между версии

Интерактивен преглед на историята
← По-стара редакцияПо-нова редакция →
Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
ВизуаленУикитекст
м Bot: Automated text replacement (-language=German +език=de, -language=French +език=fr)
мРедакция без резюме
Ред 1:
[[Файл:Earth to Sun - en.png|мини|Слънчевата светлина изминава разстоянието от Слънцето до Земята за около 8 минути и 17 секунди.]]
 
'''Скоростта на светлината''' (означава се със '''''c''''') е физична [[константа]], която играе важна роля в много области на [[физика]]та. [[Светлина]]та и всички други форми на [[електромагнитно излъчване]] винаги се разпространяват с тази [[скорост]] във [[вакуум]], независимо от движението на инерциалната [[отправна система]] на наблюдателя. Стойността ѝ е равна на 299&nbsp;792&nbsp;458 [[метър в секунда|m.s<sup>-1</sup>]]<ref name="penrose">{{Cite book| last=Penrose |first=R | year=2004 | title=The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe | pages=410 – 1 | publisher=Vintage Books | isbn=9780679776314 | quote=... точният стандарт за [[метър]] е дефиниран чрез скоростта на светлината и [[секунда]]та така, че в разстоянието, изминато от светлината за една стандартна секунда, се съдържат точно 299 792 458 метра. }}</ref>.
 
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''<sup>2</sup>.<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. -->
 
При разпространението си през прозрачни материали скоростта на светлината зависи от показателя на [[Пречупване на светлината|пречупването]] ѝ (''n'') в съответната среда, а следователно и от [[Дължина на вълната|дължината на вълната]], от което следва, че скоростта на светлината (електромагнитните вълни) ''v'' в среда, различна от вакуум, е по-ниска от ''c''. Отношението между ''c'' и ''v'' се нарича показател на пречупване ''n'' на съответния материал (''n''&nbsp;=&nbsp;''c''&nbsp;/&nbsp;''v''). Например за светлината от [[видим спектър|видимата част]] на спектъра показателят на пречупване на стъклото е обикновено около 1,5; показателят на пречупване на въздуха е около 1,0003.
Ред 9:
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]].
 
През 1905 г. [[Алберт Айнщайн]] постулира, че скоростта на светлината във вакуум е независима от движението или от [[отправна система|отправната система]] и изследвайки последиците от този постулат, извежда своята [[Специална теория на относителността]]. Същевременно Айнщайн демонстрира, че ''c'' има голямо значение и извън контекста на светлината и електромагнетизма. Затова нараства значението на определянето на точната ѝ стойност. След векове на все по-точни измервания през 1975 г. скоростта на светлината е измерена на 299 792 458 [[метър в секунда|m.s<sup>-1</sup>]] с относителна грешка 4 части на милиард (parts per billion). През 1983 г. се прави предефиниране на метъра в [[Международна система единици]] (SI) като той се определя като разстоянието, изминато от светлината във вакуум за 1/299 792 458 (една 299 792 458-маа) част от стандартната секунда. В резултат на това числената стойност на ''c'' сега е обвързана точно с дефиницията на метъра.<ref name=BIPM_SI_units>[http://www.bipm.org/en/si/si_brochure/chapter2/2-1/metre.html Брошура на BIPM]</ref>
 
== Означения ==
Скоростта на светлината във вакуум се означава със ''c'', от думата „константа“ ({{lang|la|constanta}} – постоянна, неизменна) или от думата „бързина“ ({{lang|la|celeritas}}). В началото бил използван символът ''V'', въведен от [[Джеймс Кларк Максуел]] през 1865 г. През 1856 немските физици Вилхелм Вебер и Рудолф Колрауш използват означението ''c'' за константа, която по-късно се оказва, че е скоростта на светлината във вакуум, умножена по √2. През 1894 г. Пол Друде в работите си, обединяващи оптиката с електромагнитната теория на Максуел, дава на ''c'' съвременното му значение. В оригиналните си статии на немски от 1905 г. Алберт Айнщайн използва означението ''V'', но през 1907 го заменя със ''c'', което вече е стандартен символ.<ref name=Yc>
{{cite web
|last=Gibbs |first=P
Ред 36:
}}</ref>
 
Понякога ''c'' се използва за скоростта на вълните в материална среда, а ''c''<sub>0</sub> за скоростта на светлината във вакуум.<ref name=handbook> Виж например:
* {{Cite book
|last=Lide |first=DR
Ред 97:
|publisher=World Scientific
|isbn=9812566511
}}</ref> Ползата от това е, че ''c'' не фигурира експлицитно и формулите се опростяват. Скоростта на физическите обекти се определя с:
 
<math> \beta = {v \over c} </math>, където <math> \beta \le 1 </math>.
 
=== Интересни факти ===
* Светлината на [[Слънцето]] достига до [[Земята]] за 8 минути, а [[автомобил]] би изминал това разстояние за 180 години, ако се движи със скорост 60 km/h.<ref>Енциклопедия „Космосът“ стр. 8 – 9</ref>
* Светлината изминава един метър за 3,3 [[Наносекунда|наносекунди]]
* Светлината изминава един километър за 3,3 [[Микросекунда|микросекунди]]
Ред 365:
Съществуват различни методи за определяне на ''c''. Най-очевидният от тях е да се направи директно измерване с помощта на различни земни и астрономически експериментални постановки. Възможно е също така ''c'' да се определи и с помощта на физическите закони, в които фигурира, например чрез определяне на електромагнитните константи ''ε''<sub>0</sub> и ''μ''<sub>0</sub>, използвайки връзката им с ''c''. Исторически най-точните резултати са получени чрез определяне поотделно на честотата и на дължината на вълната на [[електромагнитно излъчване|електромагнитното излъчване]], а чрез тяхното произведение се изчислява ''c''.
 
През 1983 г. Международното бюро за мерки и теглилки приема дефиниция за [[метър]]а в системата [[SI]] като „разстоянието, изминато от светлината за 1/299 792 458 секунда“<ref name=BIPM_SI_units/>, фиксирайки по този начин скоростта на светлината на точно 299 792 458 [[m/s]]. Тоест, прецизното измерване на скоростта на светлината довежда като резултат прецизирането на дефиницията на метъра.
 
=== Астрономически експерименти ===
Ред 408:
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.
 
[[Файл:SoL Aberration.svg|мини|ляво|Светлината от далечна [[звезда]] изглежда като че идва от различна точка поради изместването на [[телескоп]]а с въртенето на Земята и крайната скорост на светлината.]]
 
Друг метод се основава на явлението [[аберация (астрономия)|аберация]], открито и обяснено от [[Джеймс Брадли]] през 18 век.<ref name="Bradley1729">{{Cite journal
|last=Bradley |first=J
|year=1729
Ред 418:
|volume=35 |pages=637 – 660
|doi=
}}</ref> Този ефект се дължи на сумирането на векторите на скоростите на светлината от отдалечен звезден източник и на скоростта на движение на наблюдателя (виж илюстрацията). За наблюдателя изглежда като че светлината идва от различна точка поради изместването на [[телескоп]]а с въртенето на Земята и крайната скорост на светлината. Тъй като посоката на скоростта на въртене на Земята се изменя непрекъснато при въртенето около Слънцето, на този ефект се дължи и илюзията, че звездите се въртят около Земята. Като се използва разликата в позицията на определена звезда <ref>
{{Cite book
|last=Duffett-Smith |first=P
Ред 427:
|publisher=Cambridge University Press
|isbn=0521356997
}}</ref> е възможно скоростта на светлината да се изрази чрез скоростта на въртене на Земята около Слънцето и, като се знае дължината на времето за пълно завъртане (година), да се направи изчисление за времето, необходимо на светлината да измине разстоянието от Слънцето до Земята. През 1729 г. Брадли изчислява по този метод, че светлината се придвижва 10  210 пъти по-бързо, отколкото Земята се движи по орбитата си (съвременното съотношение е 10  066 пъти по-бързо) или, следователно, на светлината са необходими 8&nbsp;минути и 12&nbsp;секунди да измине разстоянието от Слънцето до Земята.<ref name="Bradley1729"/>
 
=== Експерименти ''time of flight'' ===
[[Файл:Fizeau.JPG|мини|Опитната постановка на Физо]]
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/>
 
Методът на [[Леон Фуко]] е подобен, но при него зъбното колело е заменено с въртящо се [[огледало]]. <ref>{{cite web
|last=Fowler |first=M
|date=
Ред 496:
== Източници ==
<references/>
 
{{превод от|en|Speed of light|409756881}}
 
Взето от „https://bg.wikipedia.org/wiki/Скорост_на_светлината“.