بالتأكيد سمعت أكثر من مرة أن سرعة الضوء هي الأسرع في الكون بأسره. يستفيد عدد كبير من النظريات في الفيزياء من سرعة الضوء. إنه مقياس أنشأه المجتمع العلمي ساعدنا من الفيزياء وعلم الفلك.
سنخبرك في هذه المقالة بكل ما تحتاج لمعرفته حول سرعة الضوء وتاريخه وخصائصه وما هو الغرض منه.
ما هي سرعة الضوء
سرعة الضوء هي مقياس يحدده المجتمع العلمي وهي شائعة الاستخدام في مجالات العلوم الفيزيائية والفلكية. تمثل سرعة الضوء المسافة التي يقطعها الضوء بوحدة زمنية.
إن فهم الأجرام السماوية ، وكيف تتصرف ، وكيف ينتقل الإشعاع الكهرومغناطيسي ، وكيف تنظر العين البشرية إلى الضوء أمر بالغ الأهمية لدراسة الأجرام السماوية.
إذا عرفنا المسافة ، يمكننا تحديد الوقت الذي يستغرقه الضوء للسفر. على سبيل المثال ، يستغرق ضوء الشمس حوالي 8 دقائق و 19 ثانية للوصول إلى الأرض. تعتبر سرعة الضوء ثابتة عالمية ، ثابتة في الزمان والمكان المادي. تبلغ قيمتها 299.792.458،1.080،XNUMX مترًا في الثانية ، أو XNUMX،XNUMX مليون كيلومتر في الساعة.
ترتبط هذه السرعة بالسنة الضوئية ، وهي وحدة طول تستخدم على نطاق واسع في علم الفلك ، وهي المسافة التي يقطعها الضوء في عام واحد. سرعة الضوء التي نقدمها هي سرعته في الفراغ. ومع ذلك ، ينتقل الضوء عبر وسائط أخرى ، مثل الماء أو الزجاج أو الهواء. يعتمد انتقاله على خصائص معينة للوسيط ، مثل السماحية والنفاذية المغناطيسية وغيرها من الخصائص الكهرومغناطيسية. ثم هناك مناطق مادية تسهل النقل الكهرومغناطيسي ، وغيرها التي تعيقها.
إن فهم سلوك الضوء مهم ليس فقط لدراسة علم الفلك ، ولكن أيضًا لفهم الفيزياء المرتبطة بأشياء مثل الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض.
بعض التاريخ
كان الإغريق أول من كتب أصل الضوء ، الذي اعتقدوا أنه ينبعث من الأشياء قبل أن تنبعث الرؤية البشرية لالتقاطه. لم يكن يُعتقد أن الضوء يسافر حتى القرن السابع عشر ، بل كان يُعتقد أنه ظاهرة عابرة. ومع ذلك ، تغير هذا بعد ملاحظة الكسوف. في الآونة الأخيرة ، أجرى جاليليو جاليلي بعض التجارب التي شككت في "لحظية" المسافة التي يقطعها الضوء.
أجرى علماء مختلفون تجارب مختلفة ، بعضها محظوظ والبعض الآخر ليس كذلك ، ولكن في هذا العصر العلمي المبكر ، اتبعت كل هذه الدراسات الفيزيائية هدف قياس سرعة الضوء ، حتى لو كانت أدواتهم وطرقهم غير دقيقة وكانت الأدوات الأولية معقدة. كان جاليليو جاليلي أول من أجرى تجارب لقياس هذه الظاهرة ، لكنه لم يحصل على نتائج من شأنها أن تساعد في حساب وقت عبور الضوء.
قام Ole Roemer بأول محاولة لقياس سرعة الضوء عام 1676 بنجاح نسبي. من خلال دراسة الكواكب ، اكتشف رومر من ظل الأرض المنعكس من جسم المشتري أن الوقت بين الخسوفين تقلص مع انخفاض المسافة من الأرض ، والعكس صحيح. حصلت على قيمة 214.000 كيلومتر في الثانية، رقم مقبول بالنظر إلى مستوى الدقة الذي يمكن من خلاله قياس مسافات الكواكب في ذلك الوقت.
بعد ذلك ، في عام 1728 ، درس جيمس برادلي أيضًا سرعة الضوء ، ولكن من خلال ملاحظة التغيرات في النجوم ، اكتشف الإزاحة المرتبطة بحركة الأرض حول الشمس ، والتي اشتق منها قيمة 301.000 كيلومتر في الثانية.
تم استخدام طرق مختلفة لتحسين دقة القياس ، على سبيل المثال ، في عام 1958 العالم فروم استخدم مقياس تداخل ميكروويف للحصول على قيمة 299.792,5 كيلومتر في الثانية، وهو الأكثر دقة. منذ عام 1970 ، تحسنت جودة القياسات نوعيًا مع تطوير أجهزة الليزر ذات السعة الأكبر والثبات الأكبر ، ومع استخدام ساعات السيزيوم لتحسين دقة القياسات.
هنا نرى سرعة الضوء في الوسائط المختلفة:
- فارغة - 300.000 كم / ثانية
- هواء - 2999,920 كم / ثانية
- المياه - 225.564 كم / ثانية
- الإيثانول - 220.588 كم / ثانية
- الكوارتز - 205.479 كم / ثانية
- كريستال كراون - 197,368 كم / ثانية
- كريستال الصوان: 186,335 كم / ثانية
- الماس - 123,967 كم / ثانية
ما فائدة معرفة سرعة الضوء؟
في الفيزياء ، تُستخدم سرعة الضوء كمرجع أساسي لقياس ومقارنة السرعات في الكون. هي السرعة التي ينتشر بها الإشعاع الكهرومغناطيسي ، بما في ذلك الضوء المرئي وموجات الراديو والأشعة السينية وأشعة جاما. تتيح لنا القدرة على قياس هذه السرعة حساب المسافات والأوقات في الكون.
من الأمثلة المهمة على كيفية استخدام سرعة الضوء في الفيزياء دراسة النجوم. نظرًا لأن ضوء النجوم يستغرق وقتًا محدودًا للوصول إلى الأرض ، فعندما ننظر إلى نجم ، فإننا ننظر إلى الماضي. كلما كان النجم بعيدًا ، كلما استغرق ضوءه وقتًا أطول في الوصول إلينا. تسمح لنا هذه الخاصية باستكشاف الكون في أوقات مختلفة من تاريخه ، حيث يمكننا تحليل ضوء النجوم التي تشكلت منذ ملايين أو حتى بلايين السنين.
في علم الفلك ، تعتبر سرعة الضوء ضرورية لحساب المسافات في الكون. ينتقل الضوء بسرعة ثابتة تقارب 299,792,458،XNUMX،XNUMX مترًا في الثانية في الفراغ. هذا يسمح لنا بقياس المسافات إلى النجوم والمجرات البعيدة باستخدام مفهوم السنوات الضوئية. السنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء في سنة واحدة ، وتساوي 9,461 تريليون كيلومتر تقريبًا. باستخدام وحدة القياس هذه ، يمكن لعلماء الفلك تحديد المسافة إلى الأجسام الفلكية البعيدة وفهم بنية الكون وحجمه بشكل أفضل.
أيضًا ، ترتبط سرعة الضوء بنظرية النسبية لألبرت أينشتاين. وفقًا لهذه النظرية ، فإن سرعة الضوء ثابتة في جميع الإطارات المرجعية ، مما له آثار مهمة على الطريقة التي نفهم بها الزمان والمكان. لقد أحدثت النسبية الخاصة والعامة لأينشتاين ثورة في فهمنا للكون وأدت إلى تطوير تقنيات مثل GPS.
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن سرعة الضوء وخصائصه.