რა არის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში? როგორ გაზომეს სინათლის სიჩქარე და რა არის მისი რეალური მნიშვნელობა?

მიუხედავად იმისა, რომ ყოველდღიურ ცხოვრებაში იშვიათად თუ ვინმემ პირდაპირ გამოთვალოს რა არის სინათლის სიჩქარე, ამ საკითხისადმი ინტერესი ბავშვობაში იჩენს თავს. გასაკვირია, რომ ჩვენ ყველა ყოველდღე ვხვდებით ელექტრომაგნიტური ტალღების გავრცელების სიჩქარის მუდმივის ნიშანს. სინათლის სიჩქარე არის ფუნდამენტური სიდიდე, რომლის წყალობითაც მთელი სამყარო არსებობს ზუსტად ისე, როგორც ჩვენ ვიცით.

რა თქმა უნდა, ყველა, ვინც ბავშვობაში უყურებდა ელვის ელვას და შემდგომ ჭექა-ქუხილის ტაშს, ცდილობდა გაეგო, თუ რამ გამოიწვია შეფერხება პირველ და მეორე ფენომენს შორის. მარტივმა გონებრივმა მსჯელობამ სწრაფად მიიყვანა ლოგიკურ დასკვნამდე: სინათლისა და ხმის სიჩქარე განსხვავებულია. ეს არის პირველი შესავალი ორ მნიშვნელოვან ფიზიკურ რაოდენობასთან. შემდგომში ვიღაცამ მიიღო საჭირო ცოდნა და ადვილად აეხსნა რა ხდებოდა. რა იწვევს ჭექა-ქუხილის უცნაურ ქცევას? პასუხი არის ის, რომ სინათლის სიჩქარე, რომელიც დაახლოებით 300 ათასი კმ/წმ-ია, თითქმის მილიონჯერ აღემატება ჰაერში გავრცელების სიჩქარეს (330 მ/წმ). ამიტომ ადამიანი ჯერ ელვისგან ხედავს და მხოლოდ ცოტა ხნის შემდეგ ესმის ჭექა-ქუხილის ხმა. მაგალითად, თუ ეპიცენტრიდან დამკვირვებლამდე არის 1 კმ, მაშინ სინათლე ამ მანძილს 3 მიკროწამში დაფარავს, მაგრამ ხმას დასჭირდება 3 წმ. სინათლის სიჩქარისა და ელვარებასა და ჭექა-ქუხილს შორის დაყოვნების დროის გაცნობით, შეგიძლიათ გამოთვალოთ მანძილი.

მისი გაზომვის მცდელობები დიდი ხანია გაკეთდა. ახლა საკმაოდ სასაცილოა წაკითხვა ჩატარებული ექსპერიმენტების შესახებ, თუმცა, იმ შორეულ დროში, ზუსტი ინსტრუმენტების მოსვლამდე, ყველაფერი უფრო სერიოზული იყო. სინათლის სიჩქარის გარკვევისას ერთი საინტერესო ექსპერიმენტი ჩატარდა. სწრაფად მოძრავი მატარებლის ვაგონის ერთ ბოლოში იდგა მამაკაცი ზუსტი ქრონომეტრით, ხოლო მოპირდაპირე მხარეს მისმა თანაშემწემ გახსნა ნათურის ჩამკეტი. იდეის მიხედვით, ქრონომეტრს უნდა შეეძლება დაედგინა სინათლის ფოტონების გავრცელების სიჩქარე. უფრო მეტიც, ნათურის და ქრონომეტრის პოზიციების შეცვლით (მატარებლის მოძრაობის მიმართულების შენარჩუნებისას) შესაძლებელი იქნება იმის გარკვევა, არის თუ არა სინათლის სიჩქარე მუდმივი, თუ შეიძლება მისი გაზრდა/შემცირება (დამოკიდებულია სხივის მიმართულებამ, თეორიულად, მატარებლის სიჩქარემ შეიძლება გავლენა მოახდინოს ექსპერიმენტში გაზომულ სიჩქარეზე). რა თქმა უნდა, ექსპერიმენტი წარუმატებელი აღმოჩნდა, რადგან სინათლის სიჩქარე და ქრონომეტრით რეგისტრაცია შეუდარებელია.

პირველად, ყველაზე ზუსტი გაზომვა გაკეთდა 1676 წელს, ოლაფ რომერის დაკვირვების წყალობით, რომელმაც შენიშნა, რომ იოს რეალური გარეგნობა და გამოთვლილი მონაცემები განსხვავდებოდა 22 წუთით. პლანეტების მიახლოებისას შეფერხება მცირდებოდა. მანძილის ცოდნით შესაძლებელი გახდა სინათლის სიჩქარის გამოთვლა. ეს იყო დაახლოებით 215 ათასი კმ/წმ. შემდეგ, 1926 წელს, დ. ბრედლიმ, ვარსკვლავების აშკარა პოზიციების (აბერაციის) ცვლილებების შესწავლისას, ყურადღება მიიპყრო ნიმუშზე. ვარსკვლავის მდებარეობა წელიწადის დროიდან გამომდინარე იცვლებოდა. შესაბამისად, პლანეტის პოზიციამ მზის მიმართ გავლენა იქონია. ანალოგიის მოყვანა შეიძლება - წვიმის წვეთები. ქარის გარეშე ისინი ვერტიკალურად დაფრინავენ ქვევით, მაგრამ როგორც კი გარბიან, მათი აშკარა ტრაექტორია იცვლება. მზის გარშემო პლანეტის ბრუნვის სიჩქარის ცოდნით, შესაძლებელი გახდა სინათლის სიჩქარის გამოთვლა. მან შეადგინა 301 ათასი კმ/წმ.

1849 წელს A. Fizau-მ ჩაატარა შემდეგი ექსპერიმენტი: სინათლის წყაროსა და სარკეს შორის, 8 კმ-ის დაშორებით, იყო მბრუნავი, მისი ბრუნვის სიჩქარე გაიზარდა მანამ, სანამ შემდეგ უფსკრული არეკლილი სინათლის ნაკადი არ გადაიქცევა მუდმივში (არაციმციმე). გამოთვლებმა მისცა 315 ათასი კმ/წმ. სამი წლის შემდეგ ლ.ფუკომ გამოიყენა მბრუნავი სარკე და მიიღო 298 ათასი კმ/წმ.

შემდგომი ექსპერიმენტები სულ უფრო და უფრო ზუსტი ხდებოდა ჰაერში რეფრაქციის გათვალისწინებით და ა.შ. ამჟამად რელევანტურად ითვლება ცეზიუმის საათისა და ლაზერის სხივის გამოყენებით მიღებული მონაცემები. მათი თქმით, ის 299 ათას კმ/წმ-ს უდრის.

სინათლის სიჩქარე არის მანძილი, რომელსაც სინათლე გადის დროის ერთეულში. ეს მნიშვნელობა დამოკიდებულია ნივთიერებაზე, რომელშიც სინათლე ვრცელდება.

ვაკუუმში სინათლის სიჩქარეა 299,792,458 მ/წმ. ეს არის ყველაზე მაღალი სიჩქარე, რომლის მიღწევაც შესაძლებელია. პრობლემების გადაჭრისას, რომლებიც არ საჭიროებს განსაკუთრებულ სიზუსტეს, ეს მნიშვნელობა აღებულია 300,000,000 მ/წმ-ის ტოლი. ვარაუდობენ, რომ ყველა სახის ელექტრომაგნიტური გამოსხივება ვრცელდება ვაკუუმში სინათლის სიჩქარით: რადიოტალღები, ინფრაწითელი გამოსხივება, ხილული სინათლე, ულტრაიისფერი გამოსხივება, რენტგენი, გამა გამოსხივება. იგი მითითებულია წერილით თან .

როგორ განისაზღვრა სინათლის სიჩქარე?

ძველად მეცნიერებს მიაჩნდათ, რომ სინათლის სიჩქარე უსასრულო იყო. მოგვიანებით ამ საკითხზე მეცნიერებს შორის დისკუსიები დაიწყო. კეპლერი, დეკარტი და ფერმა ეთანხმებოდნენ ძველი მეცნიერების მოსაზრებას. და გალილეოს და ჰუკს სჯეროდათ, რომ, მიუხედავად იმისა, რომ სინათლის სიჩქარე ძალიან მაღალია, მას მაინც აქვს სასრული მნიშვნელობა.

გალილეო გალილეი

ერთ-ერთი პირველი, ვინც სინათლის სიჩქარის გაზომვა სცადა, იყო იტალიელი მეცნიერი გალილეო გალილეი. ექსპერიმენტის დროს ის და მისი თანაშემწე სხვადასხვა ბორცვებზე იმყოფებოდნენ. გალილეომ გახსნა საკეტი თავის ფარანზე. იმ მომენტში, როდესაც თანაშემწემ დაინახა ეს შუქი, მას იგივე ქმედებები უნდა გაეკეთებინა თავის ფარანთან. გალილეოდან ასისტენტამდე და უკან სინათლეს გამგზავრების დრო იმდენად მოკლე აღმოჩნდა, რომ გალილეო მიხვდა, რომ სინათლის სიჩქარე ძალიან მაღალია და შეუძლებელია მისი გაზომვა ასეთ მცირე მანძილზე, რადგან სინათლე მოგზაურობს. თითქმის მყისიერად. და მის მიერ ჩაწერილი დრო მხოლოდ აჩვენებს ადამიანის რეაქციის სიჩქარეს.

სინათლის სიჩქარე პირველად 1676 წელს დაადგინა დანიელმა ასტრონომმა ოლაფ რუმერმა ასტრონომიული დისტანციების გამოყენებით. ტელესკოპის გამოყენებით იუპიტერის მთვარე იო-ს დაბნელებაზე დასაკვირვებლად მან აღმოაჩინა, რომ როდესაც დედამიწა შორდება იუპიტერს, ყოველი მომდევნო დაბნელება გამოთვლილზე გვიან ხდება. მაქსიმალური დაყოვნება, როდესაც დედამიწა მზის მეორე მხარეს გადადის და იუპიტერს შორდება დედამიწის ორბიტის დიამეტრის ტოლ მანძილზე, არის 22 საათი. მიუხედავად იმისა, რომ იმ დროისთვის დედამიწის ზუსტი დიამეტრი არ იყო ცნობილი, მეცნიერმა მისი სავარაუდო მნიშვნელობა გაყო 22 საათზე და მიიღო დაახლოებით 220 000 კმ/წმ ღირებულება.

ოლაფ რუმერი

რომერის მიერ მიღებულმა შედეგმა მეცნიერთა უნდობლობა გამოიწვია. მაგრამ 1849 წელს ფრანგმა ფიზიკოსმა არმან იპოლიტმა ლუი ფიზომ გაზომა სინათლის სიჩქარე მბრუნავი ჩამკეტის მეთოდით. მის ექსპერიმენტში წყაროს სინათლე მბრუნავი ბორბლის კბილებს შორის გადიოდა და სარკეზე იყო მიმართული. მისგან ასახული უკან დაბრუნდა. გაიზარდა ბორბლის ბრუნვის სიჩქარე. როცა მან გარკვეულ მნიშვნელობას მიაღწია, სარკედან ასახული სხივი მოძრავმა კბილმა დააყოვნა და დამკვირვებელს ამ მომენტში არაფერი დაუნახავს.

ფიზოს გამოცდილება

ფისომ გამოითვალა სინათლის სიჩქარე შემდეგნაირად. შუქი თავისი გზით მიდის ლ ბორბლიდან სარკემდე ტოლ დროში t 1 = 2ლ/ც . დრო სჭირდება ბორბლის შემობრუნებას ½ ჭრილში არის t 2 = T/2N , სად თ - ბორბლის ბრუნვის პერიოდი, ნ - კბილების რაოდენობა. ბრუნვის სიხშირე v = 1/ტ . მომენტი, როდესაც დამკვირვებელი ვერ ხედავს სინათლეს, ხდება მაშინ, როდესაც t 1 = t 2 . აქედან ვიღებთ სინათლის სიჩქარის განსაზღვრის ფორმულას:

c = 4LNv

ამ ფორმულის გამოყენებით გამოთვლების ჩატარების შემდეგ, Fizeau-მ დაადგინა, რომ თან = 313,000,000 მ/წმ. ეს შედეგი გაცილებით ზუსტი იყო.

არმანდ იპოლიტი ლუი ფიზო

1838 წელს ფრანგმა ფიზიკოსმა და ასტრონომმა დომინიკ ფრანსუა ჟან არაგომ შესთავაზა მბრუნავი სარკის მეთოდის გამოყენება სინათლის სიჩქარის გამოსათვლელად. ეს იდეა პრაქტიკაში გამოიყენა ფრანგმა ფიზიკოსმა, მექანიკოსმა და ასტრონომმა ჟან ბერნარ ლეონ ფუკომ, რომელმაც 1862 წელს მიიღო სინათლის სიჩქარის მნიშვნელობა (298,000,000±500,000) მ/წმ.

დომინიკ ფრანსუა ჟან არაგო

1891 წელს ამერიკელი ასტრონომის საიმონ ნიუკომბის შედეგი უფრო ზუსტი აღმოჩნდა, ვიდრე ფუკოს შედეგი. მისი გამოთვლების შედეგად თან = (99,810,000±50,000) მ/წმ.

ამერიკელი ფიზიკოსის ალბერტ აბრაამ მაიკლსონის კვლევამ, რომელმაც გამოიყენა რვაკუთხა სარკის მქონე ინსტალაცია, შესაძლებელი გახადა სინათლის სიჩქარის კიდევ უფრო ზუსტად განსაზღვრა. 1926 წელს მეცნიერმა გაზომა დრო, რომელიც შუქს სჭირდებოდა ორი მთის მწვერვალს შორის მანძილის გასავლელად, უდრის 35,4 კმ-ს და მიიღო თან = (299,796,000±4,000) მ/წმ.

ყველაზე ზუსტი გაზომვა ჩატარდა 1975 წელს. იმავე წელს, წონისა და ზომების გენერალურმა კონფერენციამ რეკომენდაცია გაუწია სინათლის სიჩქარეს 299,792,458 ± 1,2 მ/წმ.

რაზეა დამოკიდებული სინათლის სიჩქარე?

სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში არ არის დამოკიდებული არც საცნობარო სისტემაზე და არც დამკვირვებლის პოზიციაზე. ის რჩება მუდმივი, უდრის 299,792,458 ± 1,2 მ/წმ. მაგრამ სხვადასხვა გამჭვირვალე მედიაში ეს სიჩქარე უფრო დაბალი იქნება ვიდრე მისი სიჩქარე ვაკუუმში. ნებისმიერ გამჭვირვალე გარემოს აქვს ოპტიკური სიმკვრივე. და რაც უფრო მაღალია, მით უფრო ნელა ვრცელდება მასში სინათლის სიჩქარე. მაგალითად, ჰაერში სინათლის სიჩქარე უფრო მაღალია ვიდრე წყალში, ხოლო სუფთა ოპტიკურ მინაში უფრო დაბალია ვიდრე წყალში.

თუ სინათლე ნაკლებად მკვრივი გარემოდან უფრო მკვრივზე გადადის, მისი სიჩქარე მცირდება. და თუ გადასვლა ხდება უფრო მკვრივი საშუალოდან ნაკლებად მკვრივზე, მაშინ სიჩქარე, პირიქით, იზრდება. ეს განმარტავს, თუ რატომ არის გადახრილი სინათლის სხივი ორ მედიას შორის გარდამავალ საზღვარზე.

ეპიგრაფი
მასწავლებელი ეკითხება: ბავშვებო, რა არის მსოფლიოში ყველაზე სწრაფი?
ტანეჩკა ამბობს: ყველაზე სწრაფი სიტყვა. მე უბრალოდ ვთქვი, აღარ დაბრუნდები.
ვანეჩკა ამბობს: არა, სინათლე ყველაზე სწრაფია.
როგორც კი ჩამრთველს დავაჭირე, ოთახი მაშინვე განათდა.
და ვოვოჩკა აპროტესტებს: მსოფლიოში ყველაზე სწრაფი ფაღარათია.
ერთხელ ისეთი მოუთმენელი ვიყავი, რომ სიტყვაც არ მითქვამს
დრო არ მქონდა არაფრის სათქმელად ან შუქის ჩართვაზე.

ოდესმე დაფიქრებულხართ, რატომ არის სინათლის სიჩქარე მაქსიმალური, სასრული და მუდმივი ჩვენს სამყაროში? ეს ძალიან საინტერესო კითხვაა და მაშინვე, როგორც სპოილერი, გავცემ მასზე პასუხის საშინელ საიდუმლოს - ზუსტად არავინ იცის რატომ. სინათლის სიჩქარე აღებულია, ე.ი. გონებრივად მიღებულიმუდმივობისთვის და ამ პოსტულატზე, ისევე როგორც იმ აზრზე, რომ ყველა ინერციული საცნობარო სისტემა თანაბარია, ალბერტ აინშტაინმა ააშენა ფარდობითობის თავისი სპეციალური თეორია, რომელიც ასი წელია აღიზიანებს მეცნიერებს და საშუალებას აძლევს აინშტაინს ენა დაეკრა. მსოფლიოს დაუსჯელად და ღიმილით მის საფლავში ღორის ზომების გამო, რომელიც მან მთელ კაცობრიობას დარგო.

მაგრამ რატომ არის სინამდვილეში ასე მუდმივი, ასეთი მაქსიმალური და საბოლოო, პასუხი არ არსებობს, ეს მხოლოდ აქსიომაა, ე.ი. რწმენაზე მიღებული განცხადება, დადასტურებული დაკვირვებითა და საღი აზრით, მაგრამ ლოგიკურად ან მათემატიკურად არ არის გამოყვანილი სადმე. და სავსებით სავარაუდოა, რომ ეს ასე არ არის სიმართლე, მაგრამ ჯერ ვერავინ შეძლო ამის უარყოფა რაიმე გამოცდილებით.

მე მაქვს ჩემი აზრები ამ საკითხთან დაკავშირებით, მათზე უფრო მოგვიანებით, მაგრამ ახლა, მოდით, ვიყოთ მარტივად, თქვენს თითებზე™ვეცდები ერთ ნაწილს მაინც ვუპასუხო - რას ნიშნავს სინათლის სიჩქარე "მუდმივი".

არა, არ მოგაბეზრებთ სააზროვნო ექსპერიმენტებით, რა მოხდება, თუ სინათლის სიჩქარით მფრინავ რაკეტას ფარებს აანთებთ და ა.შ., ეს ახლა ცოტა თემას არ ეხება.

თუ გადახედავთ საცნობარო წიგნს ან ვიკიპედიას, სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში განისაზღვრება, როგორც ფუნდამენტური ფიზიკური მუდმივი, რომელიც ზუსტადუდრის 299,792,458 მ/წმ. ანუ, უხეშად რომ ვთქვათ, ეს იქნება დაახლოებით 300 000 კმ/წმ, მაგრამ თუ ზუსტად სწორად- 299,792,458 მეტრი წამში.

როგორც ჩანს, საიდან მოდის ასეთი სიზუსტე? ნებისმიერი მათემატიკური ან ფიზიკური მუდმივი, რაც არ უნდა იყოს, თუნდაც Pi, თუნდაც ბუნებრივი ლოგარითმის საფუძველი ე, თუნდაც გრავიტაციული მუდმივი G, ​​ან პლანკის მუდმივი თ, ყოველთვის შეიცავს ზოგიერთს რიცხვები ათობითი წერტილის შემდეგ. Pi-ში ამჟამად ცნობილია ამ ათობითი ადგილების დაახლოებით 5 ტრილიონი (თუმცა მხოლოდ პირველ 39 ციფრს აქვს რაიმე ფიზიკური მნიშვნელობა), გრავიტაციული მუდმივი დღეს განისაზღვრება როგორც G ~ 6.67384(80)x10 -11 და მუდმივი პლანკი. თ~ 6.62606957(29)x10 -34.

სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში არის გლუვი 299,792,458 მ/წმ, არც სანტიმეტრით მეტი, არც ნანოწამით ნაკლები. გსურთ იცოდეთ საიდან მოდის ეს სიზუსტე?

ყველაფერი ძველ ბერძნებთან ჩვეულებრივად დაიწყო. მეცნიერება, როგორც ასეთი, ამ სიტყვის თანამედროვე გაგებით, მათ შორის არ არსებობდა. ძველი საბერძნეთის ფილოსოფოსებს ეძახდნენ ფილოსოფოსებს, რადგან მათ თავიდან გამოიგონეს რაღაც სისულელე თავის თავში, შემდეგ კი, ლოგიკური დასკვნების გამოყენებით (და ზოგჯერ რეალური ფიზიკური ექსპერიმენტებით), ისინი ცდილობდნენ ამის დამტკიცებას ან უარყოფას. თუმცა, რეალურ ცხოვრებაში ფიზიკური გაზომვებისა და ფენომენების გამოყენება მათ მიიჩნიეს „მეორე კლასის“ მტკიცებულებად, რომელთა შედარება შეუძლებელია უშუალოდ ხელმძღვანელიდან მიღებულ პირველი კლასის ლოგიკურ დასკვნებთან.

პირველი, ვინც დაფიქრდა სინათლის საკუთარი სიჩქარის არსებობაზე, ითვლება ფილოსოფოსი ემპიდოკლე, რომელმაც თქვა, რომ სინათლე მოძრაობაა და მოძრაობას უნდა ჰქონდეს სიჩქარე. მას აპროტესტებდა არისტოტელე, რომელიც ამტკიცებდა, რომ სინათლე უბრალოდ რაღაცის არსებობაა ბუნებაში და ეს ყველაფერია. და არაფერი არ მოძრაობს არსად. მაგრამ ეს სხვა რამეა! ევკლიდეს და პტოლემეოსს ზოგადად სჯეროდათ, რომ სინათლე გამოიყოფა ჩვენი თვალებიდან და შემდეგ ეცემა ობიექტებზე და ამიტომ ჩვენ ვხედავთ მათ. მოკლედ, ძველი ბერძნები რაც შეეძლოთ სულელები იყვნენ, სანამ იგივე ძველი რომაელები არ დაიპყრეს.

შუა საუკუნეებში მეცნიერთა უმეტესობა აგრძელებდა რწმენას, რომ სინათლის გავრცელების სიჩქარე უსასრულო იყო, მათ შორის იყვნენ, ვთქვათ, დეკარტი, კეპლერი და ფერმა.

მაგრამ ზოგიერთს, გალილეოს მსგავსად, სჯეროდა, რომ სინათლეს აქვს სიჩქარე და ამიტომ მისი გაზომვა შესაძლებელია. საყოველთაოდ ცნობილია გალილეოს ექსპერიმენტი, რომელმაც ნათურა აანთო და გალილეოდან რამდენიმე კილომეტრში მდებარე თანაშემწეს აანთო. სინათლე რომ დაინახა, თანაშემწემ აანთო თავისი ნათურა და გალილეო ცდილობდა გაეზომა შეფერხება ამ მომენტებს შორის. ბუნებრივია, არ გამოუვიდა და ბოლოს იძულებული გახდა თავის ნაწერებში დაეწერა, რომ თუ სინათლეს აქვს სიჩქარე, მაშინ ის უკიდურესად მაღალია და ადამიანის ძალისხმევით ვერ გაიზომება და ამიტომ შეიძლება უსასრულოდ ჩაითვალოს.

სინათლის სიჩქარის პირველი დოკუმენტირებული გაზომვა მიეწერება დანიელ ასტრონომს ოლაფ რუმერს 1676 წელს. ამ წლისთვის ასტრონომები, შეიარაღებული იმავე გალილეოს ტელესკოპებით, აქტიურად აკვირდებოდნენ იუპიტერის თანამგზავრებს და გამოთვლიდნენ კიდეც მათ ბრუნვის პერიოდებს. მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ იუპიტერთან უახლოესი მთვარე, იო, ბრუნვის პერიოდი დაახლოებით 42 საათია. თუმცა, რომერმა შენიშნა, რომ ზოგჯერ იო იუპიტერის უკნიდან მოსალოდნელზე 11 წუთით ადრე ჩნდება, ზოგჯერ კი 11 წუთის შემდეგ. როგორც გაირკვა, იო უფრო ადრე ჩნდება იმ პერიოდებში, როდესაც დედამიწა, მზის გარშემო ბრუნავს, უახლოვდება იუპიტერს მინიმალური მანძილით და ჩამორჩება 11 წუთით, როდესაც დედამიწა ორბიტის საპირისპირო ადგილზეა და, შესაბამისად, შორს არის. იუპიტერი.

დედამიწის ორბიტის დიამეტრის სისულელე გაყოფით (და ეს უკვე მეტ-ნაკლებად ცნობილი იყო იმ დღეებში) 22 წუთზე, რომერმა მიიღო სინათლის სიჩქარე 220 000 კმ/წმ, დაკარგა ნამდვილი მნიშვნელობა დაახლოებით მესამედით.

1729 წელს ინგლისელმა ასტრონომმა ჯეიმს ბრედლიმ დააკვირდა პარალაქსი(მდებარეობის უმნიშვნელო გადახრით) ვარსკვლავმა ეტამინმა (გამა დრაკონისი) აღმოაჩინა ეფექტი სინათლის გადახრები, ე.ი. ჩვენთან ყველაზე ახლოს მყოფი ვარსკვლავების პოზიციის ცვლილება ცაზე დედამიწის მზის გარშემო მოძრაობის გამო.

ბრედლის მიერ აღმოჩენილი სინათლის აბერაციის ეფექტიდან შეიძლება ასევე დავასკვნათ, რომ სინათლეს აქვს გავრცელების სასრული სიჩქარე, რომელიც ბრედლიმ გამოთვალა დაახლოებით 301000 კმ/წმ, რაც უკვე 1%-ის სიზუსტითაა. დღეს ცნობილი ღირებულება.

ამას მოჰყვა სხვა მეცნიერების ყველა ნათელმხილველი გაზომვა, მაგრამ რადგან ითვლებოდა, რომ სინათლე ტალღაა და ტალღა თავისთავად ვერ გავრცელდება, რაღაც უნდა იყოს „აღგზნებული“, იდეა არსებობის შესახებ. მანათობელი ეთერი“ წარმოიშვა, რომლის აღმოჩენაც ამერიკელმა ფიზიკოსმა ალბერტ მაიკელსონმა საშინლად ვერ შეძლო. მან ვერ აღმოაჩინა მანათობელი ეთერი, მაგრამ 1879 წელს მან დააზუსტა სინათლის სიჩქარე 299,910±50 კმ/წმ.

დაახლოებით ამავე დროს, მაქსველმა გამოაქვეყნა თავისი თეორია ელექტრომაგნიტიზმის შესახებ, რაც ნიშნავს, რომ სინათლის სიჩქარის არა მხოლოდ პირდაპირი გაზომვა შესაძლებელი გახდა, არამედ ელექტრული და მაგნიტური გამტარიანობის მნიშვნელობებიდან გამომდინარე, რაც გაკეთდა მნიშვნელობის გარკვევით. სინათლის სიჩქარე 299788 კმ/წმ-მდე 1907 წელს.

ბოლოს აინშტაინმა განაცხადა, რომ სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში მუდმივია და საერთოდ არაფერზე არ არის დამოკიდებული. პირიქით, ყველაფერი დანარჩენი - სიჩქარის დამატება და სწორი მითითების სისტემების პოვნა, დროის გაფართოების ეფექტი და დისტანციების ცვლილებები მაღალი სიჩქარით მოძრაობისას და მრავალი სხვა რელატივისტური ეფექტი დამოკიდებულია სინათლის სიჩქარეზე (რადგან ის შედის ყველა ფორმულაში, როგორც მუდმივი). მოკლედ, სამყაროში ყველაფერი ფარდობითია, ხოლო სინათლის სიჩქარე არის სიდიდე, რომლის მიმართაც ჩვენს სამყაროში არსებული ყველა სხვა რამ არის შედარებითი. აქ, ალბათ, პალმა უნდა მივცეთ ლორენცს, მაგრამ ნუ ვიქნებით მერკანტილები, აინშტაინი აინშტაინია.

ამ მუდმივის მნიშვნელობის ზუსტი განსაზღვრა გაგრძელდა მე-20 საუკუნის განმავლობაში, ყოველ ათწლეულში მეცნიერები უფრო და უფრო მეტს პოულობდნენ. რიცხვები ათობითი წერტილის შემდეგსინათლის სიჩქარით, სანამ ბუნდოვანი ეჭვები არ გაჩნდა მათ თავში.

უფრო და უფრო ზუსტად დადგინდა, რამდენ მეტრს მოძრაობს სინათლე ვაკუუმში წამში, მეცნიერებმა დაიწყეს გაკვირვება, რას ვზომავთ მეტრებში? ბოლოს და ბოლოს, მეტრი არის მხოლოდ პლატინა-ირიდიუმის ჯოხის სიგრძე, რომელიც ვიღაცამ დაივიწყა პარიზის მახლობლად მდებარე მუზეუმში!

და თავიდან სტანდარტული მრიცხველის შემოღების იდეა მშვენიერი ჩანდა. იმისათვის, რომ არ დატანჯულიყვნენ ეზოებით, ტერფებით და სხვა დახრილობით, ფრანგებმა 1791 წელს გადაწყვიტეს სიგრძის სტანდარტული საზომი აეღოთ ჩრდილოეთ პოლუსიდან ეკვატორამდე მანძილის 10-მილიონედი პარიზში გამავალი მერიდიანის გასწვრივ. მათ გაზომეს ეს მანძილი იმ დროისთვის ხელმისაწვდომი სიზუსტით, ჩამოსხეს ჯოხი პლატინა-ირიდიუმის (უფრო ზუსტად, ჯერ სპილენძის, შემდეგ პლატინის და შემდეგ პლატინ-ირიდიუმის) შენადნობისგან და ჩასვეს იგი პარიზის წონათა და საზომების პალატაში. ნიმუში. რაც უფრო წინ მივდივართ, მით უფრო მეტად ირკვევა, რომ დედამიწის ზედაპირი იცვლება, კონტინენტები დეფორმირდება, მერიდიანები იცვლებიან და ერთი ათი მილიონი ნაწილით მათ დაივიწყეს და დაიწყეს ჯოხის სიგრძის მეტრის დათვლა. რომ დევს პარიზის „მავზოლეუმის“ ბროლის კუბოში.

ასეთი კერპთაყვანისმცემლობა არ შეეფერება ნამდვილ მეცნიერს, ეს არ არის წითელი მოედანი (!) და 1960 წელს გადაწყდა მრიცხველის კონცეფციის გამარტივება სრულიად აშკარა განსაზღვრებამდე - მეტრი ზუსტად უდრის 1,650,763.73 ტალღის სიგრძეს, რომელიც გამოსხივებულია გადასვლით. ელექტრონები ვაკუუმში ელემენტის კრიპტონ-86-ის ამოუწურავი იზოტოპის 2p10 და 5d5 ენერგეტიკულ დონეებს შორის. აბა, რამდენად უფრო ნათელია?

ასე გაგრძელდა 23 წელი, ხოლო სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში გაზომილი იყო მზარდი სიზუსტით, სანამ 1983 წელს, საბოლოოდ, ყველაზე ჯიუტი რეტროგრადებიც კი მიხვდნენ, რომ სინათლის სიჩქარე ყველაზე ზუსტი და იდეალური მუდმივია და არა რაიმე სახის. კრიპტონის იზოტოპი. და გადაწყდა ყველაფრის თავდაყირა გადაქცევა (უფრო ზუსტად, თუ დაფიქრდებით, გადაწყდა ყველაფერი თავდაყირა მოექცია), ახლა სინათლის სიჩქარე თანარის ნამდვილი მუდმივი და მეტრი არის მანძილი, რომელსაც სინათლე ვაკუუმში გადის (1/299,792,458) წამში.

სინათლის სიჩქარის რეალური მნიშვნელობის გარკვევა დღესაც გრძელდება, მაგრამ საინტერესო ის არის, რომ ყოველი ახალი ექსპერიმენტით მეცნიერები არ აზუსტებენ სინათლის სიჩქარეს, არამედ მეტრის ნამდვილ სიგრძეს. და რაც უფრო ზუსტად იქნება სინათლის სიჩქარე უახლოეს ათწლეულებში, მით უფრო ზუსტ მეტრს მივიღებთ საბოლოოდ.

და არა პირიქით.

აბა, ახლა დავუბრუნდეთ ჩვენს ცხვრებს. რატომ არის სინათლის სიჩქარე ჩვენი სამყაროს ვაკუუმში მაქსიმალური, სასრული და მუდმივი? ასე მესმის.

ყველამ იცის, რომ მეტალში და თითქმის ნებისმიერ მყარ სხეულში ხმის სიჩქარე ბევრად აღემატება ჰაერში ხმის სიჩქარეს. ამის შემოწმება ძალიან ადვილია, უბრალოდ, ყური მიიტანეთ ლიანდაგზე და თქვენ შეძლებთ მოახლოებული მატარებლის ხმებს უფრო ადრე გაიგოთ, ვიდრე ჰაერში. Რატომ არის, რომ? აშკარაა, რომ ხმა არსებითად ერთი და იგივეა და მისი გავრცელების სიჩქარე დამოკიდებულია გარემოზე, მოლეკულების კონფიგურაციაზე, საიდანაც შედგება ეს გარემო, მის სიმკვრივეზე, მისი ბროლის გისოსის პარამეტრებზე - მოკლედ, საშუალების ამჟამინდელი მდგომარეობა, რომლის მეშვეობითაც ხმა გადაიცემა.

და მიუხედავად იმისა, რომ მანათობელი ეთერის იდეა დიდი ხანია მიტოვებული იყო, ვაკუუმი, რომლის მეშვეობითაც ელექტრომაგნიტური ტალღები ვრცელდება, აბსოლუტურად არაფერია, რაც არ უნდა ცარიელი ჩანდეს ჩვენთვის.

მე მესმის, რომ ანალოგია გარკვეულწილად შორს არის, მაგრამ ეს ასეა თქვენს თითებზე™იგივე! ზუსტად როგორც ხელმისაწვდომი ანალოგია და არავითარ შემთხვევაში, როგორც პირდაპირი გადასვლა ფიზიკური კანონების ერთი ნაკრებიდან სხვაზე, მე მხოლოდ გთხოვ წარმოიდგინოთ, რომ ელექტრომაგნიტური (და ზოგადად, ნებისმიერი, მათ შორის გლუონი და გრავიტაციული) ვიბრაციების გავრცელების სიჩქარე, ისევე, როგორც ფოლადში ხმის სიჩქარე „იკერება“ ლიანდაგში. აქედან ვცეკვავთ.

UPD: სხვათა შორის, მე ვიწვევ „ვარსკვლავით მკითხველებს“, რათა წარმოიდგინონ, რჩება თუ არა სინათლის სიჩქარე „რთულ ვაკუუმში“ მუდმივი. მაგალითად, ითვლება, რომ 10-30 კ ტემპერატურის ენერგიების დროს ვაკუუმი უბრალოდ წყვეტს დუღილს ვირტუალური ნაწილაკებით და იწყებს „ადუღებას“, ე.ი. სივრცის ქსოვილი ნაწილებად იშლება, პლანკის რაოდენობები ბუნდოვანია და კარგავს ფიზიკურ მნიშვნელობას და ა.შ. ტოლი იქნება თუ არა სინათლის სიჩქარე ასეთ ვაკუუმში გან იქნება ეს ახალი თეორიის დასაწყისს "რელატივისტური ვაკუუმის" კორექტირებით, როგორიცაა ლორენცის კოეფიციენტები უკიდურეს სიჩქარეზე? არ ვიცი, არ ვიცი, დრო გვიჩვენებს...

მე-19 საუკუნეში მოხდა რამდენიმე სამეცნიერო ექსპერიმენტი, რამაც გამოიწვია მრავალი ახალი ფენომენის აღმოჩენა. ამ ფენომენებს შორისაა ჰანს ოერსტედის აღმოჩენა ელექტრული დენით მაგნიტური ინდუქციის წარმოქმნის შესახებ. მოგვიანებით მაიკლ ფარადეიმ აღმოაჩინა საპირისპირო ეფექტი, რომელსაც ეწოდა ელექტრომაგნიტური ინდუქცია.

ჯეიმს მაქსველის განტოლებები - სინათლის ელექტრომაგნიტური ბუნება

ამ აღმოჩენების შედეგად აღინიშნა ეგრეთ წოდებული „ურთიერთქმედება მანძილზე“, რის შედეგადაც შეიქმნა ვილჰელმ ვებერის მიერ ჩამოყალიბებული ელექტრომაგნიტიზმის ახალი თეორია, რომელიც დაფუძნებული იყო შორ მანძილზე მოქმედებაზე. მოგვიანებით მაქსველმა განსაზღვრა ელექტრული და მაგნიტური ველების ცნება, რომლებსაც შეუძლიათ ერთმანეთის წარმოქმნა, რაც ელექტრომაგნიტური ტალღაა. შემდგომში მაქსველმა გამოიყენა ეგრეთ წოდებული "ელექტრომაგნიტური მუდმივი" თავის განტოლებებში - თან.

იმ დროისთვის მეცნიერები უკვე ახლოს იყვნენ იმ ფაქტთან, რომ სინათლე ბუნებით ელექტრომაგნიტურია. ელექტრომაგნიტური მუდმივის ფიზიკური მნიშვნელობა არის ელექტრომაგნიტური აგზნების გავრცელების სიჩქარე. თავად ჯეიმს მაქსველის გასაკვირად, ამ მუდმივის გაზომილი მნიშვნელობა ექსპერიმენტებში ერთეული მუხტებისა და დენებისაგან ტოლი აღმოჩნდა სინათლის სიჩქარის ვაკუუმში.

ამ აღმოჩენამდე კაცობრიობა განასხვავებდა სინათლეს, ელექტროენერგიას და მაგნიტიზმს. მაქსველის განზოგადებამ საშუალება მოგვცა ახლებურად შეგვეხედა სინათლის ბუნებას, როგორც ელექტრული და მაგნიტური ველების გარკვეული ფრაგმენტი, რომელიც დამოუკიდებლად ვრცელდება სივრცეში.

ქვემოთ მოყვანილი სურათი გვიჩვენებს ელექტრომაგნიტური ტალღის გავრცელების დიაგრამას, რომელიც ასევე მსუბუქია. აქ H არის მაგნიტური ველის სიძლიერის ვექტორი, E არის ელექტრული ველის სიძლიერის ვექტორი. ორივე ვექტორი ერთმანეთის პერპენდიკულარულია, ასევე ტალღის გავრცელების მიმართულების მიმართ.

მაიკლსონის ექსპერიმენტი - სინათლის სიჩქარის აბსოლუტურობა

იმდროინდელი ფიზიკა დიდწილად აგებული იყო გალილეოს ფარდობითობის პრინციპზე, რომლის მიხედვითაც მექანიკის კანონები ერთნაირად გამოიყურება ნებისმიერ არჩეულ ინერციულ მიმართვის სისტემაში. ამავდროულად, სიჩქარის დამატების მიხედვით, გავრცელების სიჩქარე დამოკიდებული უნდა იყოს წყაროს სიჩქარეზე. თუმცა, ამ შემთხვევაში, ელექტრომაგნიტური ტალღა განსხვავებულად მოიქცეოდა საცნობარო ჩარჩოს არჩევის მიხედვით, რაც არღვევს გალილეოს ფარდობითობის პრინციპს. ამრიგად, მაქსველის ერთი შეხედვით კარგად ჩამოყალიბებული თეორია რყევ მდგომარეობაში იყო.

ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ სინათლის სიჩქარე ნამდვილად არ არის დამოკიდებული წყაროს სიჩქარეზე, რაც იმას ნიშნავს, რომ საჭიროა თეორია, რომელსაც შეუძლია ახსნას ასეთი უცნაური ფაქტი. იმ დროს საუკეთესო თეორია აღმოჩნდა „ეთერის“ თეორია - გარკვეული საშუალება, რომელშიც სინათლე ვრცელდება, ისევე როგორც ხმა ვრცელდება ჰაერში. მაშინ სინათლის სიჩქარე განისაზღვრებოდა არა წყაროს მოძრაობის სიჩქარით, არამედ თავად საშუალების - ეთერის მახასიათებლებით.

ეთერის აღმოსაჩენად მრავალი ექსპერიმენტი ჩატარდა, მათგან ყველაზე ცნობილი ამერიკელი ფიზიკოსის ალბერტ მაიკელსონის ექსპერიმენტია. მოკლედ, ცნობილია, რომ დედამიწა კოსმოსში მოძრაობს. მაშინ ლოგიკურია ვივარაუდოთ, რომ ის ასევე მოძრაობს ეთერში, ვინაიდან ეთერის სრული მიმაგრება დედამიწაზე არა მხოლოდ ეგოიზმის უმაღლესი ხარისხია, არამედ უბრალოდ ვერაფერი იწვევს. თუ დედამიწა მოძრაობს გარკვეულ გარემოში, რომელშიც სინათლე ვრცელდება, მაშინ ლოგიკურია ვივარაუდოთ, რომ აქ ხდება სიჩქარის დამატება. ანუ სინათლის გავრცელება დამოკიდებული უნდა იყოს დედამიწის მოძრაობის მიმართულებაზე, რომელიც დაფრინავს ეთერში. მისი ექსპერიმენტების შედეგად მაიკლსონმა ვერ აღმოაჩინა განსხვავება სინათლის გავრცელების სიჩქარეს შორის დედამიწიდან ორივე მიმართულებით.

ამ პრობლემის გადაჭრას ჰოლანდიელი ფიზიკოსი ჰენდრიკ ლორენცი ცდილობდა. მისი ვარაუდით, „ეთერული ქარი“ ისე ახდენდა ზემოქმედებას სხეულებზე, რომ ისინი ამცირებდნენ მათ ზომას მოძრაობის მიმართულებით. ამ ვარაუდიდან გამომდინარე, როგორც დედამიწამ, ასევე მაიკელსონის მოწყობილობამ განიცადა ლორენცის შეკუმშვა, რის შედეგადაც ალბერტ მაიკელსონმა მიიღო იგივე სიჩქარე სინათლის ორივე მიმართულებით გავრცელებისთვის. და მიუხედავად იმისა, რომ ლორენცი გარკვეულწილად წარმატებული იყო ეთერის თეორიის სიკვდილის გადადებაში, მეცნიერები მაინც თვლიდნენ, რომ ეს თეორია "შორს იყო". ამრიგად, ეთერს უნდა ჰქონდეს მთელი რიგი „ზღაპრული“ თვისებები, მათ შორის უწონაობა და მოძრავი სხეულებისადმი წინააღმდეგობის არარსებობა.

ეთერის ისტორიის დასასრული დადგა 1905 წელს იმდროინდელი ნაკლებად ცნობილი ალბერტ აინშტაინის სტატიის „მოძრავი სხეულების ელექტროდინამიკის შესახებ“ გამოქვეყნებით.

ალბერტ აინშტაინის ფარდობითობის სპეციალური თეორია

ოცდაექვსი წლის ალბერტ აინშტაინმა გამოთქვა სრულიად ახალი, განსხვავებული შეხედულება სივრცისა და დროის ბუნებაზე, რომელიც ეწინააღმდეგებოდა იმდროინდელ იდეებს და, კერძოდ, უხეშად არღვევდა გალილეოს ფარდობითობის პრინციპს. აინშტაინის აზრით, მიკელსონის ექსპერიმენტმა დადებითი შედეგი არ მოიტანა იმ მიზეზით, რომ სივრცე და დრო ისეთი თვისებებია, რომ სინათლის სიჩქარე აბსოლუტური მნიშვნელობაა. ანუ, არ აქვს მნიშვნელობა რომელ საცნობარო ჩარჩოშია დამკვირვებელი, სინათლის სიჩქარე მასთან შედარებით ყოველთვის იგივეა, 300 000 კმ/წმ. აქედან მოჰყვა სინათლესთან მიმართებაში სიჩქარის დამატების გამოყენების შეუძლებლობა - რაც არ უნდა სწრაფად მოძრაობდეს სინათლის წყარო, სინათლის სიჩქარე არ შეიცვლება (დამატება ან გამოკლება).

აინშტაინმა გამოიყენა ლორენცის შეკუმშვა, რათა აღეწერა ცვლილებები სხეულების პარამეტრებში, რომლებიც მოძრაობენ სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით. ასე, მაგალითად, ასეთი სხეულების სიგრძე შემცირდება და მათი დრო შენელდება. ასეთი ცვლილებების კოეფიციენტს ლორენცის ფაქტორი ეწოდება. აინშტაინის ცნობილი ფორმულა E=mc 2სინამდვილეში ასევე მოიცავს ლორენცის ფაქტორს ( E= ymc 2), რაც ზოგადად უდრის ერთიანობას იმ შემთხვევაში, როდესაც სხეულის სიჩქარე ვნულის ტოლი. როგორც სხეულის სიჩქარე უახლოვდება ვსინათლის სიჩქარემდე გლორენცის ფაქტორი წმირბის უსასრულობისკენ. აქედან გამომდინარეობს, რომ სხეულის სინათლის სიჩქარემდე აჩქარებისთვის საჭირო იქნება ენერგიის უსასრულო რაოდენობა და, შესაბამისად, შეუძლებელია ამ სიჩქარის ლიმიტის გადალახვა.

ასევე არსებობს არგუმენტი ამ განცხადების სასარგებლოდ, რომელსაც ეწოდება "ერთდროულობის ფარდობითობა".

SRT-ის ერთდროულობის ფარდობითობის პარადოქსი

მოკლედ, ერთდროულობის ფარდობითობის ფენომენი არის ის, რომ საათებს, რომლებიც განლაგებულია სივრცის სხვადასხვა წერტილში, შეუძლიათ იმუშაონ მხოლოდ „ერთდროულად“, თუ ისინი იმავე ინერციულ საცნობარო ჩარჩოში არიან. ანუ საათის დრო დამოკიდებულია საცნობარო სისტემის არჩევანზე.

აქედან გამომდინარეობს პარადოქსი, რომ მოვლენა B, რომელიც არის A მოვლენის შედეგი, შეიძლება მოხდეს მასთან ერთდროულად. გარდა ამისა, შესაძლებელია საცნობარო სისტემების არჩევა ისე, რომ მოვლენა B მოხდეს უფრო ადრე, ვიდრე ის, რამაც გამოიწვია ის. თუმცა, ეს ჰიპოთეტური სიტუაცია შეინიშნება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, როდესაც A და B მოვლენებს შორის მანძილი მეტია, ვიდრე მათ შორის დროის ინტერვალი გამრავლებული "ელექტრომაგნიტურ მუდმივზე" - თან. ამრიგად, მუდმივი გ, რომელიც უდრის სინათლის სიჩქარეს, არის ინფორმაციის გადაცემის მაქსიმალური სიჩქარე. წინააღმდეგ შემთხვევაში, მიზეზობრიობის პრინციპი დაირღვევა.

როგორ იზომება სინათლის სიჩქარე?

ოლაფ რუმერის დაკვირვებები

ანტიკურ მეცნიერებს უმეტესწილად სჯეროდათ, რომ სინათლე მოძრაობს უსასრულო სიჩქარით და სინათლის სიჩქარის პირველი შეფასება უკვე 1676 წელს იქნა მიღებული. დანიელმა ასტრონომმა ოლაფ რუმერმა დააკვირდა იუპიტერს და მის მთვარეებს. იმ მომენტში, როდესაც დედამიწა და იუპიტერი მზის საპირისპირო მხარეს იმყოფებოდნენ, იუპიტერის მთვარე იოს დაბნელება გამოთვლილ დროსთან შედარებით 22 წუთით გადაიდო. ერთადერთი გამოსავალი, რომელიც ოლაფ რუმერმა იპოვა, არის ის, რომ სინათლის სიჩქარე შეზღუდულია. ამ მიზეზით, დაკვირვებული მოვლენის შესახებ ინფორმაცია 22 წუთით იგვიანებს, რადგან იო თანამგზავრიდან ასტრონომის ტელესკოპამდე მანძილის გავლას გარკვეული დრო სჭირდება. რომერის გამოთვლებით სინათლის სიჩქარე იყო 220000 კმ/წმ.

ჯეიმს ბრედლის დაკვირვებები

1727 წელს ინგლისელმა ასტრონომმა ჯეიმს ბრედლიმ აღმოაჩინა სინათლის აბერაციის ფენომენი. ამ ფენომენის არსი იმაში მდგომარეობს, რომ დედამიწა მზის გარშემო მოძრაობს, ისევე როგორც დედამიწის ბრუნვის დროს, ღამის ცაზე ვარსკვლავების გადაადგილება შეინიშნება. ვინაიდან მიწიერი დამკვირვებელი და თავად დედამიწა მუდმივად ცვლის მოძრაობის მიმართულებას დაკვირვებულ ვარსკვლავთან შედარებით, ვარსკვლავის მიერ გამოსხივებული შუქი გადის სხვადასხვა მანძილს და დროთა განმავლობაში სხვადასხვა კუთხით ეცემა დამკვირვებელს. სინათლის შეზღუდული სიჩქარე იწვევს იმ ფაქტს, რომ ცაში ვარსკვლავები აღწერენ ელიფსს მთელი წლის განმავლობაში. ამ ექსპერიმენტმა ჯეიმს ბრედლის შეაფასა სინათლის სიჩქარე - 308000 კმ/წმ.

ლუი ფიზოს გამოცდილება

1849 წელს ფრანგმა ფიზიკოსმა ლუი ფიზომ ჩაატარა ლაბორატორიული ექსპერიმენტი სინათლის სიჩქარის გასაზომად. ფიზიკოსმა პარიზში სარკე დაამონტაჟა წყაროდან 8633 მეტრის დაშორებით, მაგრამ რომერის გამოთვლებით, სინათლე ამ მანძილს წამის ასიათასში გაივლის. საათის ასეთი სიზუსტე მაშინ მიუღწეველი იყო. შემდეგ ფიზომ გამოიყენა გადაცემათა ბორბალი, რომელიც ბრუნავდა გზაზე წყაროდან სარკემდე და სარკედან დამკვირვებლისკენ, რომლის კბილები პერიოდულად ბლოკავდა შუქს. იმ შემთხვევაში, როდესაც სინათლის სხივი წყაროდან სარკემდე გადიოდა კბილებს შორის და უკან დაბრუნებისას კბილს მოხვდა, ფიზიკოსმა გააორმაგა ბორბლის ბრუნვის სიჩქარე. ბორბლის ბრუნვის სიჩქარის მატებასთან ერთად შუქი თითქმის შეჩერდა მანამ, სანამ ბრუნვის სიჩქარემ არ მიაღწია 12,67 ბრუნს წამში. ამ დროს სინათლე ისევ გაქრა.

ასეთი დაკვირვება იმას ნიშნავდა, რომ სინათლე გამუდმებით კბილებში „ჩავარდნილიყო“ და მათ შორის „ჩასრიალის“ დრო არ ჰქონდა. იცოდა ბორბლის ბრუნვის სიჩქარე, კბილების რაოდენობა და ორჯერ მანძილი წყაროდან სარკემდე, ფიცომ გამოთვალა სინათლის სიჩქარე, რომელიც უდრის 315000 კმ/წმ-ს.

ერთი წლის შემდეგ სხვა ფრანგმა ფიზიკოსმა ლეონ ფუკომ ჩაატარა მსგავსი ექსპერიმენტი, რომელშიც მან გამოიყენა მბრუნავი სარკე გადაცემათა კოლოფის ნაცვლად. მნიშვნელობა მან მიიღო ჰაერში სინათლის სიჩქარისთვის 298000 კმ/წმ.

ერთი საუკუნის შემდეგ, Fizeau-ს მეთოდი იმდენად დაიხვეწა, რომ 1950 წელს E. Bergstrand-ის მიერ ჩატარებულმა მსგავსმა ექსპერიმენტმა მისცა სიჩქარის მნიშვნელობა 299793,1 კმ/წმ. ეს რიცხვი მხოლოდ 1 კმ/წმ-ით განსხვავდება სინათლის სიჩქარის ამჟამინდელი მნიშვნელობიდან.

შემდგომი გაზომვები

ლაზერების მოსვლასთან და საზომი ხელსაწყოების სიზუსტის გაზრდით, შესაძლებელი გახდა გაზომვის შეცდომის შემცირება 1 მ/წმ-მდე. ასე რომ, 1972 წელს ამერიკელმა მეცნიერებმა გამოიყენეს ლაზერი თავიანთი ექსპერიმენტებისთვის. ლაზერის სხივის სიხშირისა და ტალღის სიგრძის გაზომვით მათ შეძლეს 299,792,458 მ/წმ სიდიდის მიღება. აღსანიშნავია, რომ ვაკუუმში სინათლის სიჩქარის გაზომვის სიზუსტის შემდგომი ზრდა შეუძლებელი იყო არა ინსტრუმენტების ტექნიკური ხარვეზების, არამედ თავად მრიცხველის სტანდარტის შეცდომის გამო. ამ მიზეზით, 1983 წელს, XVII გენერალურმა კონფერენციამ წონისა და ზომების შესახებ განსაზღვრა მეტრი, როგორც მანძილი, რომელსაც სინათლე გადის ვაკუუმში 1/299,792,458 წამის ტოლ დროს.

მოდით შევაჯამოთ

ამრიგად, ყოველივე ზემოთქმულიდან გამომდინარეობს, რომ სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში არის ფუნდამენტური ფიზიკური მუდმივი, რომელიც ჩნდება ბევრ ფუნდამენტურ თეორიაში. ეს სიჩქარე აბსოლუტურია, ანუ არ არის დამოკიდებული საცნობარო სისტემის არჩევანზე და ასევე უდრის ინფორმაციის გადაცემის მაქსიმალურ სიჩქარეს. ამ სიჩქარით მოძრაობს არა მხოლოდ ელექტრომაგნიტური ტალღები (სინათლე), არამედ ყველა უმასური ნაწილაკი. მათ შორის, სავარაუდოდ, გრავიტონი, გრავიტაციული ტალღების ნაწილაკი. სხვა საკითხებთან ერთად, რელატივისტური ეფექტების გამო, სინათლის საკუთარი დრო ფაქტიურად ჩერდება.

სინათლის ასეთი თვისებები, განსაკუთრებით მასში სიჩქარის დამატების პრინციპის შეუსაბამობა, არ ჯდება თავში. თუმცა, მრავალი ექსპერიმენტი ადასტურებს ზემოთ ჩამოთვლილ თვისებებს და მთელი რიგი ფუნდამენტური თეორიები აგებულია ზუსტად სინათლის ამ ბუნებაზე.

დიდი ხნით ადრე, სანამ მეცნიერები გაზომავდნენ სინათლის სიჩქარეს, მათ მოუწიათ დიდი შრომა „სინათლის“ კონცეფციის განსაზღვრისთვის. ამის შესახებ ერთ-ერთი პირველი იყო არისტოტელე, რომელმაც სინათლე მიიჩნია სივრცეში გავრცელებულ ერთგვარ მოძრავ ნივთიერებად. მისი ძველი რომაელი კოლეგა და მიმდევარი ლუკრეციუს კარუსი დაჟინებით მოითხოვდა სინათლის ატომურ სტრუქტურას.

მე-17 საუკუნისთვის ჩამოყალიბდა სინათლის ბუნების ორი ძირითადი თეორია - კორპუსკულური და ტალღური. ნიუტონი პირველის ერთ-ერთი მიმდევარი იყო. მისი აზრით, სინათლის ყველა წყარო ასხივებს პაწაწინა ნაწილაკებს. "ფრენის" დროს ისინი ქმნიან მანათობელ ხაზებს - სხივებს. მისი მოწინააღმდეგე, ჰოლანდიელი მეცნიერი კრისტიან ჰიუგენსი ამტკიცებდა, რომ სინათლე არის ტალღური მოძრაობის ტიპი.

მრავალსაუკუნოვანი დავების შედეგად მეცნიერები მივიდნენ კონსენსუსამდე: ორივე თეორიას აქვს სიცოცხლის უფლება, ხოლო სინათლე არის ელექტრომაგნიტური ტალღების სპექტრი, რომელიც თვალით ჩანს.

ცოტა ისტორია. როგორ იზომებოდა სინათლის სიჩქარე

უძველესი მეცნიერების უმეტესობა დარწმუნებული იყო, რომ სინათლის სიჩქარე უსასრულოა. თუმცა, გალილეოსა და ჰუკის მიერ ჩატარებული კვლევის შედეგებმა მის ექსტრემალურ ბუნებას მისცა საშუალება, რაც აშკარად დაადასტურა მე-17 საუკუნეში გამოჩენილმა დანიელმა ასტრონომმა და მათემატიკოსმა ოლაფ რუმერმა.

მან პირველი გაზომვები გააკეთა იუპიტერის თანამგზავრის, იოს დაბნელებაზე დაკვირვებით, იმ დროს, როდესაც იუპიტერი და დედამიწა მზის მიმართ საპირისპირო მხარეს მდებარეობდნენ. რომერმა ჩაწერა, რომ როდესაც დედამიწა იუპიტერს შორდებოდა დედამიწის ორბიტის დიამეტრის ტოლი მანძილით, დაყოვნების დრო შეიცვალა. მაქსიმალური მნიშვნელობა იყო 22 წუთი. გათვლების შედეგად მან მიიღო 220 000 კმ/წმ სიჩქარე.

50 წლის შემდეგ, 1728 წელს, აბერაციის აღმოჩენის წყალობით, ინგლისელმა ასტრონომმა ჯ. ბრედლიმ ეს მაჩვენებელი 308000 კმ/წმ-მდე „დახვეწა“. მოგვიანებით, სინათლის სიჩქარე გაზომეს ფრანგმა ასტროფიზიკოსებმა ფრანსუა არგომ და ლეონ ფუკომ და მიიღეს გამომავალი 298000 კმ/წმ. კიდევ უფრო ზუსტი გაზომვის ტექნიკა შემოგვთავაზა ინტერფერომეტრის შემქმნელმა, ცნობილმა ამერიკელმა ფიზიკოსმა ალბერტ მაიკელსონმა.

მაიკლსონის ექსპერიმენტი სინათლის სიჩქარის დასადგენად

ექსპერიმენტები გრძელდებოდა 1924 წლიდან 1927 წლამდე და შედგებოდა დაკვირვების 5 სერიისგან. ექსპერიმენტის არსი შემდეგი იყო. სინათლის წყარო, სარკე და მბრუნავი რვაკუთხა პრიზმა დამონტაჟდა უილსონის მთაზე, ლოს-ანჯელესის მიდამოებში, ხოლო ამრეკლავი სარკე დამონტაჟდა 35 კმ-ის შემდეგ, სან ანტონიოს მთაზე. პირველ რიგში, შუქი ლინზაში და ჭრილში მოხვდება პრიზმაში, რომელიც ბრუნავს მაღალსიჩქარიანი როტორით (528 rps სიჩქარით).

ექსპერიმენტების მონაწილეებს შეეძლოთ ბრუნვის სიჩქარის მორგება ისე, რომ სინათლის წყაროს გამოსახულება აშკარად ჩანდეს ოკულარში. მას შემდეგ, რაც მანძილი წვეროებსა და ბრუნვის სიხშირეს შორის ცნობილი იყო, მაიკლსონმა განსაზღვრა სინათლის სიჩქარე - 299,796 კმ/წმ.

მეცნიერებმა საბოლოოდ გადაწყვიტეს სინათლის სიჩქარე მე-20 საუკუნის მეორე ნახევარში, როდესაც შეიქმნა მასერები და ლაზერები, რომლებიც ხასიათდება გამოსხივების სიხშირის უმაღლესი სტაბილურობით. 70-იანი წლების დასაწყისისთვის გაზომვების შეცდომა 1 კმ/წმ-მდე დაეცა. შედეგად, 1975 წელს ჩატარებული წონისა და ზომების XV გენერალური კონფერენციის რეკომენდაციით, გადაწყდა ვივარაუდოთ, რომ სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში ახლა უდრის 299792,458 კმ/წმ.

სინათლის სიჩქარე ჩვენთვის მიღწევადია?

ცხადია, სამყაროს შორეული კუთხეების შესწავლა წარმოუდგენელია უზარმაზარი სიჩქარით ფრენის კოსმოსური ხომალდების გარეშე. სასურველია სინათლის სიჩქარით. მაგრამ ეს შესაძლებელია?

სინათლის ბარიერის სიჩქარე ფარდობითობის თეორიის ერთ-ერთი შედეგია. მოგეხსენებათ, სიჩქარის გაზრდა ენერგიის გაზრდას მოითხოვს. სინათლის სიჩქარე მოითხოვდა პრაქტიკულად უსასრულო ენერგიას.

სამწუხაროდ, ფიზიკის კანონები კატეგორიულად ეწინააღმდეგება ამას. კოსმოსური ხომალდის 300000 კმ/წმ სიჩქარით მისკენ მიმავალი ნაწილაკები, მაგალითად, წყალბადის ატომები, გადაიქცევა მძლავრი გამოსხივების მომაკვდინებელ წყაროდ, რომელიც უდრის 10000 სივერტს/წმ. ეს დაახლოებით იგივეა, რაც დიდი ადრონული კოლაიდერის შიგნით ყოფნა.

ჯონს ჰოპკინსის უნივერსიტეტის მეცნიერთა აზრით, ბუნებაში არ არსებობს ადეკვატური დაცვა ასეთი ამაზრზენი კოსმოსური გამოსხივებისგან. გემის განადგურება დასრულდება ვარსკვლავთშორისი მტვრის ზემოქმედებით გამოწვეული ეროზიით.

სინათლის სიჩქარის კიდევ ერთი პრობლემა არის დროის გაფართოება. სიბერე გაცილებით გრძელი გახდება. მხედველობის ველი ასევე დამახინჯდება, რის შედეგადაც გემის ტრაექტორია გაივლის თითქოს გვირაბის შიგნით, რომლის ბოლოს ეკიპაჟი იხილავს მანათობელ ციმციმს. გემის უკან იქნება აბსოლუტური სიბნელე.

ასე რომ, უახლოეს მომავალში კაცობრიობას მოუწევს სიჩქარის „მადის“ შეზღუდვა სინათლის სიჩქარის 10%-მდე. ეს ნიშნავს, რომ დედამიწასთან უახლოეს ვარსკვლავთან, პროქსიმა კენტავრამდე (4,22 სინათლის წელი) ფრენას დაახლოებით 40 წელი დასჭირდება.