Banyak orang sudah tahu tentang keberadaan konsep seperti "kecepatan cahaya" sejak anak usia dini. Namun tidak semua orang tahu secara detail tentang fenomena tersebut.
Banyak yang memperhatikan fakta bahwa selama badai petir terjadi penundaan antara kilatan petir dan suara guntur. Wabah, sebagai suatu peraturan, mencapai kita lebih cepat. Ini berarti bahwa ia memiliki kecepatan lebih besar daripada suara. Apa alasannya? Berapa kecepatan cahaya dan bagaimana cara diukur?
Berapa kecepatan cahaya?
Pertama mari kita pahami apa itu kecepatan cahaya. Secara ilmiah, ini adalah kuantitas yang menunjukkan seberapa cepat sinar bergerak dalam ruang hampa udara atau di udara. Anda juga perlu tahu apa itu cahaya. Ini adalah radiasi yang dirasakan oleh mata manusia. Kecepatan tergantung pada kondisi lingkungan, serta properti lainnya, misalnya, pembiasan.
Fakta yang menarik: Dibutuhkan 1,25 detik bagi cahaya untuk melakukan perjalanan dari Bumi ke satelit, bulan.
Berapa kecepatan cahaya dalam kata-kata Anda sendiri?
Sederhananya, kecepatan cahaya adalah rentang waktu di mana sinar cahaya menempuh jarak berapa pun. Waktu biasanya diukur dalam hitungan detik. Namun, beberapa ilmuwan menggunakan unit yang berbeda. Jarak juga diukur dengan berbagai cara. Pada dasarnya - ini adalah satu meter. Artinya, nilai ini dianggap dalam m / s. Fisika menjelaskan ini sebagai berikut: sebuah fenomena yang bergerak dengan kecepatan tertentu (konstan).
Untuk membuatnya lebih mudah dimengerti, mari kita lihat contoh berikut ini. Pengendara sepeda bergerak dengan kecepatan 20 km / jam. Dia ingin mengejar ketinggalan dengan pengemudi mobil, yang kecepatannya 25 km / jam. Jika Anda menghitung, maka mobil berjalan 5 km / jam lebih cepat dari pengendara sepeda. Dengan sinar cahaya, segalanya menjadi berbeda. Tidak peduli seberapa cepat orang pertama dan kedua bergerak, cahaya, sehubungan dengan mereka, bergerak dengan kecepatan konstan.
Berapa kecepatan cahaya?
Ketika tidak berada dalam ruang hampa, berbagai kondisi mempengaruhi cahaya. Zat yang dilalui sinar, termasuk. Jika jumlah meter per detik tidak berubah tanpa akses oksigen, maka di lingkungan dengan akses udara, nilainya berubah.
Cahaya bergerak lebih lambat melalui berbagai bahan seperti kaca, air dan udara. Fenomena ini diberi indeks bias untuk menggambarkan seberapa banyak mereka memperlambat pergerakan cahaya. Kaca memiliki indeks bias 1,5, yang berarti bahwa cahaya melewatinya dengan kecepatan sekitar 200 ribu kilometer per detik. Indeks bias air adalah 1,3, dan indeks bias udara sedikit lebih dari 1, yang berarti bahwa udara hanya sedikit memperlambat cahaya.
Oleh karena itu, setelah melewati udara atau cairan, kecepatan melambat, menjadi kurang dari ruang hampa udara. Misalnya, di berbagai reservoir, kecepatan pergerakan sinar adalah 0,75 dari kecepatan di ruang angkasa. Juga, dengan tekanan standar 1,01 bar, laju melambat 1,5-2%. Artinya, di bawah kondisi terestrial, kecepatan cahaya bervariasi tergantung pada kondisi lingkungan.
Untuk fenomena seperti itu, mereka datang dengan konsep khusus - pembiasan. Artinya, pembiasan cahaya. Ini banyak digunakan dalam berbagai penemuan. Misalnya, refraktor adalah teleskop dengan sistem optik. Juga, dengan bantuan ini, teropong dan peralatan lainnya juga dibuat, esensi dari pekerjaan yang adalah penggunaan optik.
Secara umum, sinar terkecil dapat dibiaskan dengan melewati udara biasa. Saat melewati kaca optik yang dibuat khusus, kecepatannya sekitar 195 ribu kilometer per detik. Ini hampir 105 ribu km / s kurang dari konstanta.
Nilai kecepatan cahaya paling akurat
Fisikawan selama bertahun-tahun telah mendapatkan pengalaman dalam meneliti kecepatan sinar cahaya. Saat ini, nilai kecepatan cahaya yang paling akurat adalah 299.792 kilometer per detik. Konstanta didirikan pada tahun 1933. Jumlahnya masih relevan.
Namun, kesulitan lebih lanjut muncul dengan penentuan indikator.Ini karena kesalahan meter. Sekarang meteran itu sendiri secara langsung tergantung pada kecepatan cahaya. Itu sama dengan jarak yang ditempuh sinar dalam jumlah detik tertentu - 1 / kecepatan cahaya.
Berapa kecepatan cahaya dalam ruang hampa udara?
Karena cahaya tidak terpengaruh oleh berbagai kondisi di ruang hampa udara, kecepatannya tidak berubah seperti di Bumi. Kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah 299.792 kilometer per detik. Indikator ini adalah batasnya. Diyakini bahwa tidak ada apapun di dunia ini yang dapat bergerak lebih cepat, bahkan benda kosmik yang bergerak sangat cepat.
Sebagai contoh, seorang pejuang, Boeing X-43, yang melebihi kecepatan suara hampir 10 kali lipat (lebih dari 11 ribu km / jam), terbang lebih lambat daripada balok. Yang terakhir bergerak lebih dari 96 ribu kilometer per jam lebih cepat.
Bagaimana kecepatan cahaya diukur?
Ilmuwan pertama mencoba mengukur nilai ini. Metode yang berbeda digunakan. Pada zaman kuno, orang-orang ilmu pengetahuan percaya bahwa itu tidak terbatas, oleh karena itu tidak mungkin untuk mengukurnya. Pendapat ini tetap untuk waktu yang lama, hingga abad ke 16-17. Pada masa itu, muncul ilmuwan lain yang menyarankan agar sinar itu memiliki ujung, dan kecepatan itu dapat diukur.
Astronom terkenal dari Denmark Olaf Roemer membawa pengetahuan tentang kecepatan cahaya ke tingkat yang baru. Dia memperhatikan bahwa gerhana bulan Jupiter sudah terlambat. Sebelumnya, tidak ada yang memperhatikan hal ini. Akibatnya, ia memutuskan untuk menghitung kecepatan.
Dia mengedepankan kecepatan perkiraan, yang sama dengan sekitar 220 ribu kilometer per detik. Belakangan, seorang ilmuwan dari Inggris James Bradley melakukan penelitian. Meskipun dia tidak sepenuhnya benar, dia sedikit mendekati hasil penelitian saat ini.
Setelah beberapa waktu, sebagian besar ilmuwan menjadi tertarik pada jumlah ini. Penelitian ini melibatkan orang-orang dari berbagai negara. Namun, sampai tahun 70-an abad ke-20 tidak ada penemuan megah. Sejak 1970-an, ketika mereka datang dengan laser dan maser (generator kuantum), para ilmuwan telah melakukan penelitian dan memperoleh kecepatan yang tepat. Nilai saat ini telah relevan sejak 1983. Hanya kesalahan kecil diperbaiki.
Pengalaman Galileo
Seorang ilmuwan dari Italia mengejutkan semua peneliti pada tahun-tahun itu dengan kesederhanaan dan kejeniusan pengalamannya. Dia berhasil mengukur kecepatan cahaya menggunakan alat biasa yang ada di ujung jarinya.
Dia dan asistennya mendaki bukit-bukit di sekitarnya, setelah sebelumnya menghitung jarak di antara mereka. Mereka mengambil lentera yang menyala, melengkapinya dengan peredam yang membuka dan menutup lampu. Pada gilirannya, membuka dan menutup cahaya, mereka mencoba menghitung kecepatan cahaya. Galileo dan asistennya tahu sebelumnya dengan penundaan apa mereka akan membuka dan menutup lampu. Ketika satu telah dibuka, yang lain melakukan hal yang sama.
Namun, percobaan itu gagal. Untuk membuatnya bekerja, para ilmuwan harus berdiri pada jarak jutaan kilometer dari satu sama lain.
Pengalaman Römer dan Bradley
Studi ini telah ditulis secara singkat di atas. Ini adalah salah satu pengalaman paling progresif saat itu. Römer menggunakan pengetahuan dalam astronomi untuk mengukur kecepatan sinar. Itu terjadi pada tahun 76 abad ke-17.
Peneliti mengamati Io (satelit Jupiter) melalui teleskop. Dia menemukan pola berikut: semakin banyak planet kita bergerak menjauh dari Jupiter, semakin besar keterlambatan gerhana Io. Penundaan terbesar adalah 21-22 menit.
Dengan asumsi bahwa satelit bergerak menjauh pada jarak yang sama dengan panjang diameter orbit, ilmuwan membagi jarak berdasarkan waktu. Hasilnya, ia menerima 214 ribu kilometer per detik. Meskipun penelitian ini dianggap sangat perkiraan, karena jaraknya mendekati, itu mendekati indikator saat ini.
Pada abad ke-18, James Bradley melengkapi penelitian ini. Untuk melakukan ini, ia menggunakan aberasi - perubahan posisi tubuh kosmik karena gerakan Bumi mengelilingi matahari. James mengukur sudut penyimpangan, dan, mengetahui kecepatan planet kita, dia mendapat nilai 301 ribu kilometer per detik.
Pengalaman Fizeau
Para peneliti dan orang-orang biasa skeptis dengan pengalaman Römer dan James Bradley. Meskipun demikian, hasilnya paling dekat dengan kebenaran dan relevan selama lebih dari seabad. Pada abad ke-19, Arman Fizeau, seorang ilmuwan dari ibu kota Perancis, Paris, berkontribusi pada pengukuran kuantitas ini. Dia menggunakan metode rana putar. Juga, seperti Galileo Galilei dengan asistennya, Fizeau tidak mengamati benda langit, tetapi diselidiki di laboratorium.
Prinsip pengalaman itu sederhana. Sinar cahaya diarahkan ke cermin. Memantul darinya, cahaya melewati gigi roda. Kemudian ia menabrak permukaan reflektif lain, yang terletak pada jarak 8,6 km. Roda diputar, meningkatkan kecepatan, sampai balok itu terlihat di celah berikutnya. Setelah perhitungan, ilmuwan menerima hasil 313 ribu km / s.
Kemudian, studi ini diulangi oleh fisikawan dan astronom Prancis Leon Foucault, menerima hasil 298 ribu km / s. Hasil paling akurat saat itu. Kemudian pengukuran dilakukan dengan menggunakan laser dan maser.
Apakah kecepatan superluminal mungkin?
Ada benda yang lebih cepat dari kecepatan cahaya. Misalnya sinar matahari, bayangan, getaran gelombang. Meskipun secara teoritis mereka dapat mengembangkan kecepatan superluminal, energi yang mereka keluarkan tidak akan bertepatan dengan vektor gerak mereka.
Jika berkas cahaya melewati, misalnya, melalui gelas atau air, maka elektron dapat menyalipnya. Mereka tidak dibatasi dalam kecepatan gerakan. Karena itu, dalam kondisi seperti itu, cahaya tidak bergerak lebih cepat daripada siapa pun.
Fenomena ini disebut Efek Vavilov-Cherenkov. Paling sering ditemukan di reservoir dalam dan reaktor.