Hraði ljóss

Þú hefur örugglega heyrt oftar en einu sinni að ljóshraðinn sé sá hraðasti í öllum alheiminum. Mikill fjöldi kenninga í eðlisfræði nýta sér ljóshraði. Það er mælikvarði sem vísindasamfélagið hefur komið á fót sem hefur hjálpað okkur frá eðlisfræði og stjörnufræði.

Í þessari grein ætlum við að segja þér allt sem þú þarft að vita um ljóshraða, sögu þess, eiginleika og til hvers það er.

Hver er ljóshraði

Ljóshraði er mæling sem vísindasamfélagið mælir fyrir um og er í almennri notkun á sviði eðlis- og stjarnvísinda. Ljóshraði táknar vegalengdina sem ljós fer í tímaeiningu.

Skilningur á himintungum, hvernig þeir hegða sér, hvernig rafsegulgeislun er send út og hvernig ljós er skynjað af mannsauga er mikilvægt til að rannsaka himintungla.

Ef við vitum fjarlægðina getum við sagt hversu langan tíma það tekur ljós að ferðast. Til dæmis tekur ljós frá sólu um 8 mínútur og 19 sekúndur að ná til jarðar. Ljóshraði er talinn alhliða fasti, óbreytilegur í tíma og líkamlegu rúmi. Hann er 299.792.458 metrar á sekúndu eða 1.080 milljónir kílómetra á klukkustund.

Þessi hraði tengist ljósárinu, lengdareiningu sem er mikið notuð í stjörnufræði, sem er vegalengdin sem ljós fer á einu ári. Ljóshraðinn sem við kynnum er hraði þess í lofttæmi. Hins vegar berst ljós í gegnum aðra miðla, eins og vatn, gler eða loft. Flutningur þess fer eftir ákveðnum eiginleikum miðilsins, svo sem losunargetu, segulgegndræpi og öðrum rafsegulfræðilegum eiginleikum. Svo eru það líkamleg svæði sem rafsegulsvið auðvelda flutning þess og annað sem hindrar það.

Skilningur á hegðun ljóss er ekki aðeins mikilvægur fyrir rannsóknir á stjörnufræði, heldur einnig til að skilja eðlisfræðina sem taka þátt í hlutum eins og gervihnöttum á braut um jörðu.

Nokkur saga

Grikkir voru fyrstir til að skrifa niður uppruna ljóssins, sem þeir töldu koma frá hlutum áður en sjón manna var gefin út til að fanga það.  Ljós var ekki talið ferðast fyrr en á XNUMX. öld, heldur sem skammvinnt fyrirbæri. Þetta breyttist hins vegar eftir að myrkvinn varð vart. Nýlega gerði Galileo Galilei ákveðnar tilraunir sem drógu í efa „augnastund“ vegalengdarinnar sem ljósið ferðast.

Ýmsir vísindamenn gerðu ýmsar tilraunir, sumar heppnar og aðrar ekki, en á þessu snemma vísindatímabili stefndu allar þessar eðlisfræðirannsóknir að því að mæla ljóshraða, jafnvel þótt tæki þeirra og aðferðir væru ónákvæmar og aðalatriðin flókin. Galileo Galilei var fyrstur til að gera tilraunir til að mæla þetta fyrirbæri, en hann fékk ekki niðurstöður sem myndu hjálpa til við að reikna út flutningstíma ljóssins.

Ole Roemer gerði fyrstu tilraun til að mæla ljóshraða árið 1676 með tiltölulega góðum árangri. Með því að rannsaka pláneturnar uppgötvaði Roemer úr skugga jarðar sem speglast frá líkama Júpíters að tíminn á milli myrkva styttist eftir því sem fjarlægðin frá jörðinni minnkaði og öfugt. Hann náði 214.000 kílómetra hraða á sekúndu, ásættanleg tala miðað við nákvæmni sem hægt var að mæla reikistjörnufjarlægðir með á þeim tíma.

Síðan, árið 1728, rannsakaði James Bradley einnig ljóshraða, en með því að fylgjast með breytingum á stjörnum fann hann tilfærsluna sem tengdist hreyfingu jarðar í kringum sólina, sem hann fékk gildið upp á 301.000 kílómetra á sekúndu.

Ýmsar aðferðir hafa verið notaðar til að bæta mælingarnákvæmni, til dæmis árið 1958 vísindamaðurinn Froome. notaði örbylgjutruflamæli til að fá gildið upp á 299.792,5 kílómetra á sekúndu, sem er nákvæmast. Frá 1970 batnaði gæði mælinganna eigindlega með þróun leysitækja með meiri afkastagetu og meiri stöðugleika og með notkun sesíumklukka til að bæta nákvæmni mælinga.

Hér sjáum við ljóshraða í mismunandi miðlum:

• Tómt – 300.000 km/s
• Loft – 2999,920 km/s
• Vatn – 225.564 km/s
• Etanól – 220.588 km/s
• Kvars – 205.479 km/s
• Crystal Crown - 197,368 km/s
• Flint Crystal: 186,335 km/s
• Demantur – 123,967 km/s

Hvaða gagn er að þekkja ljóshraða?

Í eðlisfræði er ljóshraði notaður sem grundvallarviðmiðun til að mæla og bera saman hraða í alheiminum. er hraðinn sem hún dreifist á rafsegulgeislun, þ.mt sýnilegt ljós, útvarpsbylgjur, röntgengeislar og gammageislar. Hæfni til að mæla þennan hraða gerir okkur kleift að reikna út vegalengdir og tíma í alheiminum.

Mikilvægt dæmi um hvernig ljóshraði er notaður í eðlisfræði er í rannsóknum á stjörnum. Vegna þess að stjörnuljós tekur takmarkaðan tíma að ná til jarðar, þegar við horfum á stjörnu erum við að horfa inn í fortíðina. Því lengra sem stjarna er í burtu, því lengur hefur ljós hennar verið að ná til okkar. Þessi eiginleiki gerir okkur kleift að rannsaka alheiminn á mismunandi tímum í sögu hans, þar sem við getum greint ljós stjarna sem mynduðust fyrir milljónum eða jafnvel milljörðum ára.

Í stjörnufræði skiptir hraði ljóssins sköpum til að reikna út fjarlægðir í alheiminum. Ljós ferðast á stöðugum hraða sem er um það bil 299,792,458 metrar á sekúndu í lofttæmi. Þetta gerir okkur kleift að mæla fjarlægðir til fjarlægra stjarna og vetrarbrauta með því að nota hugtakið ljósár. Ljósár er vegalengdin sem ljós fer á einu ári og jafngildir um það bil 9,461 trilljónum kílómetra. Með því að nota þessa mælieiningu geta stjörnufræðingar ákvarðað fjarlægðina til fjarlægra stjarnfræðilegra hluta og skilið betur uppbyggingu og mælikvarða alheimsins.

Einnig er ljóshraði tengdur afstæðiskenningu Alberts Einsteins. Samkvæmt þessari kenningu er ljóshraði stöðugur í öllum viðmiðunarramma, sem hefur mikilvægar afleiðingar fyrir hvernig við skiljum tíma og rúm. Sérstök og almenn afstæðiskenning Einsteins hefur gjörbylt skilningi okkar á alheiminum og leitt til þróunar tækni eins og GPS.

Ég vona að með þessum upplýsingum getið þið lært meira um ljóshraða og eiginleika þess.