בוודאי שמעתם יותר מפעם אחת שמהירות האור היא המהירה ביותר ביקום כולו. מספר רב של תיאוריות בפיזיקה עושות שימוש ב- מהירות האור. זהו מדד שנקבע על ידי הקהילה המדעית שעזר לנו מהפיסיקה והאסטרונומיה.
במאמר זה אנו הולכים לספר לכם את כל מה שאתם צריכים לדעת על מהירות האור, ההיסטוריה שלו, המאפיינים ולמה הוא מיועד.
מהי מהירות האור
מהירות האור היא מדידה שנקבעה על ידי הקהילה המדעית והיא בשימוש נפוץ בתחומי המדעים הפיזיקליים והאסטרונומיים. מהירות האור מייצגת את המרחק שעובר האור ביחידת זמן.
הבנת גופים שמימיים, כיצד הם מתנהגים, כיצד מועברת קרינה אלקטרומגנטית וכיצד האור נתפס על ידי העין האנושית היא קריטית לחקר גופים שמימיים.
אם נדע את המרחק, נוכל לדעת כמה זמן לוקח לאור לעבור. לדוגמה, לאור השמש לוקח בערך 8 דקות ו-19 שניות להגיע לכדור הארץ. מהירות האור נחשבת קבוע אוניברסלי, בלתי משתנה בזמן ובמרחב הפיזי. יש לו ערך של 299.792.458 מטר לשנייה, או 1.080 מיליון קילומטרים לשעה.
מהירות זו קשורה לשנת האור, יחידת אורך בשימוש נרחב באסטרונומיה, שהיא המרחק שעובר האור בשנה אחת. מהירות האור שאנו מציגים היא מהירותו בוואקום. עם זאת, האור עובר דרך מדיה אחרת, כגון מים, זכוכית או אוויר. השידור שלו תלוי בתכונות מסוימות של המדיום, כגון פרמיטיביות, חדירות מגנטית ותכונות אלקטרומגנטיות אחרות. ואז יש אזורים פיזיים כאלה להקל באופן אלקטרומגנטי על יכולת ההובלה שלו, ואחרים המעכבים אותו.
הבנת התנהגות האור חשובה לא רק לחקר האסטרונומיה, אלא גם להבנת הפיזיקה המעורבת בדברים כמו לוויינים המקיפים את כדור הארץ.
קצת היסטוריה
היוונים היו הראשונים לרשום את מקור האור, שלדעתם נובע מחפצים לפני שנפלטה ראיית האדם כדי ללכוד אותו. האור לא נחשב לנוע עד המאה ה-XNUMX, אלא כתופעה חולפת. עם זאת, זה השתנה לאחר שנצפה הליקוי. לאחרונה, גלילאו גליליי ערך ניסויים מסוימים שהטילו ספק ב"מיידיות" של המרחק שעבר האור.
מדענים שונים ביצעו ניסויים שונים, חלקם ברי מזל וחלקם לא, אך בעידן מדעי מוקדם זה, כל מחקרי הפיזיקה הללו שאפו למטרה של מדידת מהירות האור, גם אם המכשירים והשיטות שלהם לא היו מדויקים והראשוניים היו מסובכים. גלילאו גליליי היה הראשון שביצע ניסויים למדידת תופעה זו, אבל הוא לא השיג תוצאות שיעזרו לחשב את זמן המעבר של האור.
אולה רומר עשה את הניסיון הראשון למדוד את מהירות האור בשנת 1676 בהצלחה יחסית. על ידי חקר כוכבי הלכת גילה רומר מהצל של כדור הארץ שהוחזר מגופו של צדק שהזמן בין ליקוי החמה התקצר ככל שהמרחק מכדור הארץ פוחת, ולהיפך. הוא השיג ערך של 214.000 קילומטרים לשנייה, נתון מקובל בהתחשב ברמת הדיוק שבה ניתן למדוד מרחקים פלנטריים באותה עת.
לאחר מכן, בשנת 1728, ג'יימס בראדלי חקר גם את מהירות האור, אך באמצעות התבוננות בשינויים בכוכבים הוא זיהה את התזוזה הקשורה לתנועת כדור הארץ סביב השמש, ממנה הסיק ערך של 301.000 קילומטרים לשנייה.
נעשה שימוש בשיטות שונות כדי לשפר את דיוק המדידה, למשל, בשנת 1958 המדען Froome השתמש באינטרפרומטר מיקרוגל כדי לקבל ערך של 299.792,5 קילומטרים לשנייה, שהוא המדויק ביותר. משנת 1970 השתפרה איכות המדידות מבחינה איכותית עם פיתוח מכשירי לייזר בעלי קיבולת ויציבות רבה יותר ועם שימוש בשעוני צזיום לשיפור דיוק המדידות.
כאן אנו רואים את מהירות האור במדיות שונות:
- ריק – 300.000 קמ"ש
- אוויר – 2999,920 קמ"ש
- מים – 225.564 קמ"ש
- אתנול – 220.588 קמ"ש
- קוורץ – 205.479 קמ"ש
- כתר קריסטל – 197,368 קמ"ש
- קריסטל צור: 186,335 קמ"ש
- יהלום – 123,967 קמ"ש
מה התועלת לדעת את מהירות האור?
בפיזיקה, מהירות האור משמשת כהתייחסות בסיסית למדידה והשוואת מהירויות ביקום. היא המהירות שבה הוא מתפשט קרינה אלקטרומגנטית, לרבות אור נראה, גלי רדיו, קרני רנטגן וקרני גמא. היכולת לכמת מהירות זו מאפשרת לנו לחשב מרחקים וזמנים בקוסמוס.
דוגמה חשובה לאופן שבו מהירות האור משמשת בפיזיקה היא בחקר הכוכבים. מכיוון שלאור הכוכבים לוקח זמן מוגבל להגיע לכדור הארץ, כאשר אנו מסתכלים על כוכב אנו מסתכלים אל העבר. ככל שהכוכב רחוק יותר, כך לקח לאורו זמן רב יותר להגיע אלינו. תכונה זו מאפשרת לנו לחקור את היקום בזמנים שונים בהיסטוריה שלו, מכיוון שאנו יכולים לנתח את האור של כוכבים שנוצרו לפני מיליוני או אפילו מיליארדי שנים.
באסטרונומיה, מהירות האור חיונית לחישוב המרחקים בקוסמוס. האור נע במהירות קבועה של כ-299,792,458 מטר לשנייה בוואקום. זה מאפשר לנו למדוד את המרחקים לכוכבים וגלקסיות רחוקות באמצעות המושג שנות אור. שנת אור היא המרחק שעובר האור בשנה אחת, והוא שווה לכ-9,461 טריליון קילומטרים. באמצעות יחידת מדידה זו, אסטרונומים יכולים לקבוע את המרחק לעצמים אסטרונומיים מרוחקים ולהבין טוב יותר את המבנה והקנה מידה של היקום.
כמו כן, מהירות האור קשורה לתורת היחסות של אלברט איינשטיין. לפי תיאוריה זו, מהירות האור קבועה בכל מסגרות הייחוס, שיש לה השלכות חשובות על הדרך בה אנו מבינים זמן ומרחב. תורת היחסות המיוחדת והכללית של איינשטיין חוללה מהפכה בהבנתנו את היקום והובילה לפיתוח טכנולוגיות כמו GPS.
אני מקווה שבעזרת המידע הזה תוכלו ללמוד יותר על מהירות האור ומאפייניו.