Si përcaktohet shpejtësia e dritës? Pra, sa është shpejtësia e përhapjes së një rreze drite? A është e arritshme shpejtësia e dritës për ne?

Drita është një nga konceptet kryesore të fizikës optike. Drita është rrezatim elektromagnetik që është i arritshëm për syrin e njeriut.

Për shumë dekada, mendjet më të mira luftuan me problemin e përcaktimit me çfarë shpejtësie lëviz drita dhe me çfarë është e barabartë, si dhe të gjitha llogaritjet që e shoqërojnë atë. Në 1676, një revolucion ndodhi midis fizikantëve. Një astronom danez i quajtur Ole Roemer hodhi poshtë pretendimin se drita udhëton nëpër univers me shpejtësi të pakufizuar.

Në 1676, Ole Roemer përcaktoi se shpejtësia e dritës në vakum është 299792458 m/s.

Për lehtësi, kjo shifër filloi të rrumbullakoset. Vlera nominale prej 300,000 m/s përdoret edhe sot.

Në kushte normale për ne, ky rregull vlen për të gjitha objektet pa përjashtim, duke përfshirë rrezet X, dritën dhe valët gravitacionale të spektrit që është i prekshëm për sytë tanë.

Fizikanët modernë që studiojnë optikën kanë vërtetuar se shpejtësia e dritës ka disa karakteristika:

• qëndrueshmëri;
• paarritshmëria;
• gjymtyrë.

Shpejtësia e dritës në media të ndryshme

Duhet mbajtur mend se konstanta fizike varet drejtpërdrejt nga mjedisi i saj, veçanërisht nga indeksi i thyerjes. Në këtë drejtim, vlera e saktë mund të ndryshojë, sepse përcaktohet nga frekuencat.

Formula për llogaritjen e shpejtësisë së dritës shkruhet si s = 3 * 10^8 m/s.

Ju mund të jeni të interesuar në

Shpejtësia e dritës në ujë ndryshon nga e njëjta shpejtësi në vakum. Për të zbuluar vlerën e tij, duhet të ndani numrin 299,792,458 me 1.33. Rezultati do të jetë një numër 225407 km/s- kjo është shpejtësia e përhapjes së dritës në ujë.

Shpejtësia e dritës në ajër është në km 1,079,252,848.8 (ose 299,700 km/sek). Për ta gjetur atë, duhet të ndani shpejtësinë e dritës në vakum me indeksin e thyerjes së ajrit. Përgjigja mund të shfaqet në kilometra në orë ose në metra në sekondë.

A është shpejtësia e dritës shpejtësia maksimale e mundshme?

Shumë nxënës dhe studentë pyesin veten: çfarë shpejtësie është më e madhe se shpejtësia e dritës? A ekziston fare një gjë e tillë? Përgjigja është e qartë: jo!

Shpejtësia e përhapjes së dritës në vakum konsiderohet një vlerë e paarritshme. Shkencëtarët nuk kanë arritur në një konsensus se çfarë mund të ndodhë me atomet që arrijnë këtë kufi.

Ndër të tjera, studiuesit zbuluan se një grimcë me masë mund t'i afrohet shpejtësisë së një rreze drite. Por ajo nuk mund ta arrijë atë, aq më pak ta tejkalojë atë. Shpejtësia maksimale e dritës mbetet e pandryshuar për momentin.

Vlerësimi numerik më i afërt u arrit në studimin e rrezeve kozmike. Ata u përshpejtuan në përshpejtuesit e grimcave të pajisura posaçërisht, duke marrë parasysh gjatësinë e valës.

Pse është kaq i rëndësishëm ky numër? Fakti është se vakum mbështjell të gjithë hapësirën e jashtme. Duke ditur se si drita sillet në një vakum, ne mund të imagjinojmë se sa është shpejtësia maksimale e udhëtimit në Universin tonë.

Pse është e pamundur të udhëtosh më shpejt se drita?

Pra, pse konstantja CPC nuk mund të kapërcehet në kushte normale? Bazuar në teori, mund të themi me siguri se në një situatë të tepruar, ligji themelor i ndërtimit të botës do të shkelet, për të qenë specifik - ligji i shkakësisë. Sipas këtij ligji, efekti nuk mund të kalojë përpara shkakut të tij.

Le të shqyrtojmë këtë paradoks duke përdorur një shembull specifik: nuk mund të ndodhë që një dre fillimisht të bjerë i ngordhur dhe vetëm atëherë gjahtari qëllon duke e vrarë atë. Pra, kur rritet SRS, veprimet e shpalosjes duhet të fillojnë në rend të kundërt. Si rezultat, koha duhet të shkojë prapa, dhe kjo bie ndesh me të gjitha ligjet e vendosura të fizikës.

Ajnshtajni dhe vakuumi: rezultatet përfundimtare të llogaritjes

Aktualisht, shumica e njerëzve në planet e dinë se vlera maksimale e lejueshme për lëvizjen e objekteve materiale dhe sinjaleve të ndryshme është shpejtësia e dritës në vakum. Kush ishte i pari që e mendoi këtë?

Ideja se është e pamundur të tejkalohet shpejtësia e dritës u shpreh nga fizikani i madh Albert Einstein. Ai zyrtarizoi vëzhgimet e tij dhe i quajti ato teoria e relativitetit.

Teoria më e madhe e Ajnshtajnit është ende e palëkundur. Kështu do të mbetet derisa të paraqiten prova reale se është e mundur të transmetohet një sinjal me një shpejtësi që tejkalon SPC në vakum. Ky moment mund të mos vijë kurrë.

Megjithatë, tashmë janë kryer disa studime që parashikojnë një mosmarrëveshje me disa pika të teorisë më të famshme të Ajnshtajnit. Matja e shpejtësive superluminale është tashmë e mundur në kushte të caktuara. Vlen të përmendet se teoria e relativitetit nuk është shkelur plotësisht.

Përkundër faktit se në jetën e zakonshme nuk duhet të llogarisim shpejtësinë e dritës, shumë kanë qenë të interesuar për këtë sasi që nga fëmijëria.

Duke parë rrufenë gjatë një stuhie, çdo fëmijë ndoshta u përpoq të kuptonte se çfarë e shkaktoi vonesën midis ndezjes së saj dhe bubullimave. Natyrisht, drita dhe zëri kanë shpejtësi të ndryshme. Pse po ndodh kjo? Sa është shpejtësia e dritës dhe si mund të matet ajo?

Në shkencë, shpejtësia e dritës është shpejtësia me të cilën lëvizin rrezet në ajër ose vakum. Drita është rrezatim elektromagnetik që perceptohet nga syri i njeriut. Ai është në gjendje të lëvizë në çdo mjedis, gjë që ndikon drejtpërdrejt në shpejtësinë e tij.

Përpjekjet për të matur këtë sasi janë bërë që në kohët e lashta. Shkencëtarët e kohëve të lashta besonin se shpejtësia e dritës ishte e pafundme. I njëjti mendim u shpreh nga fizikantët e shekujve 16-17, megjithëse edhe atëherë disa studiues, si Robert Hooke dhe Galileo Galilei, supozuan fundshmërinë.

Një zbulim i madh në studimin e shpejtësisë së dritës ndodhi falë astronomit danez Olaf Roemer, i cili ishte i pari që tërhoqi vëmendjen për vonesën në eklipsin e hënës së Jupiterit Io në krahasim me llogaritjet fillestare.

Pastaj shkencëtari përcaktoi vlerën e përafërt të shpejtësisë të ishte 220 mijë metra në sekondë. Astronomi britanik James Bradley ishte në gjendje të llogariste më saktë këtë vlerë, megjithëse ishte paksa i gabuar në llogaritjet e tij.


Më pas, përpjekjet për të llogaritur shpejtësinë reale të dritës u bënë nga shkencëtarë nga vende të ndryshme. Megjithatë, vetëm në fillim të viteve 1970, me ardhjen e lazerëve dhe maserëve që kishin një frekuencë të qëndrueshme rrezatimi, studiuesit ishin në gjendje të bënin një llogaritje të saktë dhe në vitin 1983 vlera moderne me një korrelacion për gabimin relativ u mor si një bazë.

Me fjalë të thjeshta, shpejtësia e dritës është koha që i duhet një rreze dielli për të përshkuar një distancë të caktuar. Është zakon të përdoret e dyta si njësi e kohës, dhe njehsori si njësi e distancës. Nga pikëpamja e fizikës, drita është një fenomen unik që ka një shpejtësi konstante në një mjedis specifik.

Supozoni se një person vrapon me një shpejtësi prej 25 km/h dhe po përpiqet të arrijë një makinë që po udhëton me një shpejtësi prej 26 km/h. Rezulton se makina lëviz 1 km/h më shpejt se vrapuesi. Me dritë gjithçka është ndryshe. Pavarësisht nga shpejtësia e lëvizjes së makinës dhe personit, rrezja do të lëvizë gjithmonë në lidhje me ta me një shpejtësi konstante.

Shpejtësia e dritës varet kryesisht nga substanca në të cilën përhapen rrezet. Në vakum ka një vlerë konstante, por në një mjedis transparent mund të ketë tregues të ndryshëm.

Në ajër ose ujë vlera e tij është gjithmonë më e vogël se në vakum. Për shembull, në lumenj dhe oqeane shpejtësia e dritës është rreth ¾ e shpejtësisë në hapësirë, dhe në ajër me një presion prej 1 atmosfere është 2% më pak se në vakum.


Ky fenomen shpjegohet me thithjen e rrezeve në hapësirën transparente dhe riemetimin e tyre nga grimcat e ngarkuara. Efekti quhet thyerje dhe përdoret në mënyrë aktive në prodhimin e teleskopëve, dylbive dhe pajisjeve të tjera optike.

Nëse marrim parasysh substanca specifike, atëherë në ujin e distiluar shpejtësia e dritës është 226 mijë kilometra në sekondë, në xhami optik - rreth 196 mijë kilometra në sekondë.

Në vakum, shpejtësia e dritës në sekondë ka një vlerë konstante prej 299,792,458 metrash, domethënë pak më shumë se 299 mijë kilometra. Në këndvështrimin modern, ai është i fundit. Me fjalë të tjera, asnjë grimcë, asnjë trup qiellor nuk është në gjendje të arrijë shpejtësinë që zhvillon drita në hapësirën e jashtme.

Edhe nëse supozojmë se Supermeni shfaqet dhe fluturon me shpejtësi të madhe, rrezja do të ikë prej tij me shpejtësi më të madhe.

Megjithëse shpejtësia e dritës është maksimumi i arritshëm në hapësirën vakum, besohet se ka objekte që lëvizin më shpejt.

Për shembull, rrezet e diellit, hijet ose fazat e lëkundjes në valë janë të afta për këtë, por me një paralajmërim - edhe nëse ato zhvillojnë supershpejtësi, energjia dhe informacioni do të transmetohen në një drejtim që nuk përkon me drejtimin e lëvizjes së tyre.


Sa i përket mediumit transparent, ka objekte në Tokë që janë mjaft të afta të lëvizin më shpejt se drita. Për shembull, nëse një rreze që kalon përmes xhamit ngadalëson shpejtësinë e saj, atëherë elektronet nuk janë të kufizuara në shpejtësinë e lëvizjes, kështu që kur kalojnë nëpër sipërfaqe xhami ato mund të lëvizin më shpejt se drita.

Ky fenomen quhet efekti Vavilov-Cherenkov dhe më së shpeshti vërehet në reaktorët bërthamorë ose në thellësitë e oqeaneve.

Shumë kohë përpara se shkencëtarët të matnin shpejtësinë e dritës, ata duhej të punonin shumë për të përcaktuar vetë konceptin e "dritës". Aristoteli ishte një nga të parët që mendoi për këtë, i cili e konsideroi dritën si një lloj lënde të lëvizshme që përhapet në hapësirë. Kolegu dhe ndjekësi i tij i lashtë romak Lucretius Carus këmbënguli në strukturën atomike të dritës.

Nga shekulli i 17-të, dy teori kryesore të natyrës së dritës ishin shfaqur - korpuskulare dhe valë. Njutoni ishte një nga adhuruesit e të parit. Sipas mendimit të tij, të gjitha burimet e dritës lëshojnë grimca të vogla. Gjatë "fluturimit" ata formojnë linja të ndritshme - rreze. Kundërshtari i tij, shkencëtari holandez Christiaan Huygens, këmbënguli se drita është një lloj lëvizjeje valore.

Si rezultat i mosmarrëveshjeve shekullore, shkencëtarët kanë arritur në një konsensus: të dyja teoritë kanë të drejtën e jetës, dhe drita është një spektër i valëve elektromagnetike të dukshme për syrin.

Pak histori. Si u mat shpejtësia e dritës?

Shumica e shkencëtarëve të lashtë ishin të bindur se shpejtësia e dritës është e pafundme. Megjithatë, rezultatet e hulumtimit nga Galileo dhe Hooke lejuan natyrën e tij ekstreme, e cila u konfirmua qartë në shekullin e 17-të nga astronomi dhe matematikani i shquar danez Olaf Roemer.

Ai bëri matjet e tij të para duke vëzhguar eklipset e Io-s, satelitit të Jupiterit, në një kohë kur Jupiteri dhe Toka ndodheshin në anët e kundërta në krahasim me Diellin. Roemer regjistroi se ndërsa Toka u largua nga Jupiteri me një distancë të barabartë me diametrin e orbitës së Tokës, koha e vonesës ndryshoi. Vlera maksimale ishte 22 minuta. Si rezultat i llogaritjeve, ai mori një shpejtësi prej 220,000 km/sek.

50 vjet më vonë në 1728, falë zbulimit të devijimit, astronomi anglez J. Bradley e "përsosi" këtë shifër në 308,000 km/sek. Më vonë, shpejtësia e dritës u mat nga astrofizikanët francezë François Argot dhe Leon Foucault, duke marrë një prodhim prej 298,000 km/sek. Një teknikë matjeje edhe më e saktë u propozua nga krijuesi i interferometrit, fizikani i famshëm amerikan Albert Michelson.

Eksperimenti i Michelson për të përcaktuar shpejtësinë e dritës

Eksperimentet zgjatën nga 1924 deri në 1927 dhe përbëheshin nga 5 seri vëzhgimesh. Thelbi i eksperimentit ishte si më poshtë. Një burim drite, një pasqyrë dhe një prizëm tetëkëndor rrotullues u instaluan në malin Wilson në afërsi të Los Anxhelosit dhe një pasqyrë reflektuese u instalua 35 km më vonë në malin San Antonio. Fillimisht, drita përmes një lente dhe një çarje godet një prizëm që rrotullohet me një rotor me shpejtësi të lartë (me një shpejtësi prej 528 rps).

Pjesëmarrësit në eksperimente mund të rregullonin shpejtësinë e rrotullimit në mënyrë që imazhi i burimit të dritës të ishte qartë i dukshëm në okular. Meqenëse distanca midis kulmeve dhe frekuencës së rrotullimit ishte e njohur, Michelson përcaktoi shpejtësinë e dritës - 299,796 km/sek.

Shkencëtarët më në fund vendosën për shpejtësinë e dritës në gjysmën e dytë të shekullit të 20-të, kur u krijuan maserët dhe lazerët, të karakterizuar nga qëndrueshmëria më e lartë e frekuencës së rrezatimit. Nga fillimi i viteve 70, gabimi në matje kishte rënë në 1 km/sek. Si rezultat, me rekomandimin e Konferencës XV të Përgjithshme mbi Peshat dhe Masat, mbajtur në 1975, u vendos të supozohej se shpejtësia e dritës në vakum tani është e barabartë me 299792.458 km/sek.

A është e arritshme shpejtësia e dritës për ne?

Natyrisht, eksplorimi i skajeve të largëta të Universit është i paimagjinueshëm pa anije kozmike që fluturojnë me shpejtësi të madhe. Mundësisht me shpejtësinë e dritës. Por a është e mundur kjo?

Shpejtësia e pengesës së dritës është një nga pasojat e teorisë së relativitetit. Siç e dini, rritja e shpejtësisë kërkon rritje të energjisë. Shpejtësia e dritës do të kërkonte pothuajse energji të pafundme.

Mjerisht, ligjet e fizikës janë kategorikisht kundër kësaj. Me një shpejtësi anije kozmike prej 300,000 km/sek, grimcat që fluturojnë drejt saj, për shembull, atomet e hidrogjenit, kthehen në një burim vdekjeprurës rrezatimi të fuqishëm të barabartë me 10,000 sievert/sek. Kjo është pothuajse e njëjtë me të qenit brenda Përplasësit të Madh të Hadronit.

Sipas shkencëtarëve në Universitetin Johns Hopkins, nuk ka mbrojtje adekuate në natyrë nga rrezatimi i tillë monstruoz kozmik. Shkatërrimi i anijes do të përfundojë nga erozioni nga efektet e pluhurit ndëryjor.

Një problem tjetër me shpejtësinë e dritës është zgjerimi i kohës. Mosha e vjetër do të bëhet shumë më e gjatë. Fusha vizuale gjithashtu do të shtrembërohet, si rezultat i së cilës trajektorja e anijes do të kalojë sikur brenda një tuneli, në fund të të cilit ekuipazhi do të shohë një blic shkëlqyes. Pas anijes do të ketë errësirë ​​absolute.

Pra, në të ardhmen e afërt, njerëzimi do të duhet të kufizojë "oreksin" e tij të shpejtësisë në 10% të shpejtësisë së dritës. Kjo do të thotë se do të duhen rreth 40 vjet për të fluturuar drejt yllit më të afërt me Tokën, Proxima Centauri (4,22 vite dritë).

Në vitin 1676, astronomi danez Ole Römer bëri vlerësimin e parë të përafërt të shpejtësisë së dritës. Roemer vuri re një mospërputhje të lehtë në kohëzgjatjen e eklipseve të hënave të Jupiterit dhe arriti në përfundimin se lëvizja e Tokës, ose duke u afruar ose duke u larguar nga Jupiteri, ndryshoi distancën që drita e reflektuar nga satelitët duhej të udhëtonte.

Duke matur madhësinë e kësaj mospërputhjeje, Roemer llogariti se shpejtësia e dritës është 219,911 kilometra në sekondë. Në një eksperiment të mëvonshëm në 1849, fizikani francez Armand Fizeau zbuloi se shpejtësia e dritës ishte 312,873 kilometra në sekondë.

Siç tregohet në figurën e mësipërme, konfigurimi eksperimental i Fizeau përbëhej nga një burim drite, një pasqyrë e tejdukshme që reflekton vetëm gjysmën e dritës që bie mbi të, duke lejuar pjesën tjetër të kalonte përmes një ingranazhi rrotullues dhe një pasqyre të palëvizshme. Kur drita goditi pasqyrën e tejdukshme, ajo u reflektua në një rrotë ingranazhi, e cila e ndau dritën në rreze. Pas kalimit përmes një sistemi lente fokusimi, çdo rreze drite reflektohej nga një pasqyrë e palëvizshme dhe kthehej përsëri në timonin e ingranazhit. Duke bërë matje të sakta të shpejtësisë me të cilën rrota e ingranazhit bllokoi rrezet e reflektuara, Fizeau ishte në gjendje të llogariste shpejtësinë e dritës. Kolegu i tij Jean Foucault e përmirësoi këtë metodë një vit më vonë dhe zbuloi se shpejtësia e dritës është 297,878 kilometra në sekondë. Kjo vlerë ndryshon pak nga vlera moderne prej 299,792 kilometra në sekondë, e cila llogaritet duke shumëzuar gjatësinë e valës dhe frekuencën e rrezatimit lazer.

Eksperimenti i Fizeau

Siç tregohet në fotot e mësipërme, drita udhëton përpara dhe kthehet prapa përmes të njëjtit boshllëk midis dhëmbëve të timonit kur rrota rrotullohet ngadalë (foto e poshtme). Nëse rrota rrotullohet shpejt (foto e sipërme), një dhëmbëz ngjitur bllokon dritën që kthehet.

Rezultatet e Fizeau

Duke e vendosur pasqyrën 8,64 kilometra larg ingranazhit, Fizeau përcaktoi se shpejtësia e rrotullimit të ingranazhit të kërkuar për të bllokuar rrezen e dritës që kthehej ishte 12,6 rrotullime në sekondë. Duke ditur këto shifra, si dhe distancën e përshkuar nga drita, dhe distancën që duhet të kalonte ingranazhi për të bllokuar rrezen e dritës (e barabartë me gjerësinë e hendekut midis dhëmbëve të timonit), ai llogariti se rrezja e dritës mori 0,000055 sekonda për të kaluar distancën nga marshi në pasqyrë dhe mbrapa. Duke pjesëtuar me këtë kohë distancën totale prej 17.28 kilometrash të përshkuar nga drita, Fizeau mori një vlerë për shpejtësinë e saj prej 312873 kilometra në sekondë.

Eksperimenti i Foucault

Në 1850, fizikani francez Jean Foucault përmirësoi teknikën e Fizeau duke zëvendësuar rrotën e ingranazheve me një pasqyrë rrotulluese. Drita nga burimi arriti te vëzhguesi vetëm kur pasqyra përfundoi një rrotullim të plotë 360° gjatë intervalit kohor midis nisjes dhe kthimit të rrezes së dritës. Duke përdorur këtë metodë, Foucault mori një vlerë për shpejtësinë e dritës prej 297878 kilometra në sekondë.

Akordi i fundit në matjen e shpejtësisë së dritës.

Shpikja e lazerëve u ka mundësuar fizikantëve të masin shpejtësinë e dritës me saktësi shumë më të madhe se kurrë më parë. Në vitin 1972, shkencëtarët në Institutin Kombëtar të Standardeve dhe Teknologjisë matën me kujdes gjatësinë e valës dhe frekuencën e një rreze lazer dhe regjistruan shpejtësinë e dritës, produkt i këtyre dy variablave, në 299,792,458 metra për sekondë (186,282 milje në sekondë). Një nga pasojat e kësaj matjeje të re ishte vendimi i Konferencës së Përgjithshme të Peshave dhe Masave për të miratuar si njehsor standard (3,3 këmbë) distancën që drita kalon në 1/299,792,458 të sekondës. Kështu / shpejtësia e dritës, konstanta më e rëndësishme themelore në fizikë, tani llogaritet me besim shumë të lartë dhe matësi i referencës mund të përcaktohet shumë më saktë se kurrë më parë.

Shpejtësia e dritës është sasia më e pazakontë e matjes e njohur deri më sot. Personi i parë që u përpoq të shpjegonte fenomenin e përhapjes së dritës ishte Albert Ajnshtajni. Ishte ai që doli me formulën e njohur E = mc² , Ku Eështë energjia totale e trupit, m- masë, dhe c- shpejtësia e dritës në vakum.

Formula u botua për herë të parë në revistën Annalen der Physik në 1905. Në të njëjtën kohë, Ajnshtajni parashtroi një teori se çfarë do të ndodhte me një trup që lëviz me shpejtësi absolute. Duke u bazuar në faktin se shpejtësia e dritës është një sasi konstante, ai arriti në përfundimin se hapësira dhe koha duhet të ndryshojnë.

Kështu, me shpejtësinë e dritës, një objekt do të tkurret pafundësisht, masa e tij do të rritet pafundësisht dhe koha praktikisht do të ndalet.

Në vitin 1977, ishte e mundur të llogaritet shpejtësia e dritës, një shifër ishte 299,792,458 ± 1.2 metra për sekondë. Për llogaritjet më të përafërta, gjithmonë supozohet një vlerë prej 300,000 km/s. Nga kjo vlerë bazohen të gjitha dimensionet e tjera kozmike. Kështu u shfaq koncepti i "vitit të dritës" dhe "parsec" (3.26 vite dritë).

Është e pamundur të lëvizësh me shpejtësinë e dritës, aq më pak ta kapërcesh atë. Të paktën në këtë fazë të zhvillimit njerëzor. Nga ana tjetër, shkrimtarët e fantashkencës janë përpjekur ta zgjidhin këtë problem në faqet e romaneve të tyre për rreth 100 vjet. Ndoshta një ditë fantashkencë do të bëhet realitet, sepse në shekullin e 19-të, Zhyl Verni parashikoi shfaqjen e një helikopteri, një aeroplan dhe një karrige elektrike, dhe atëherë ishte fantashkencë e pastër!