arată stele, gaze, radiații și găuri negre, printre alte surse. Dar lumina care vine din toate aceste surse, de la razele gamma la lumina vizibilă la radio, se mișcă întotdeauna cu aceeași viteză prin spațiul gol: viteza luminii în vid. NASA / ESA/SSC/CXC/STScI
indiferent cât de repede mergi, există întotdeauna un lucru pe care nu îl vei putea prinde niciodată: lumina. Viteza luminii nu este doar cea mai rapidă viteză pe care o poate călători orice în univers, ci este privită ca o constantă universală. Indiferent dacă aprindem o lanternă, privim luna sau soarele sau măsurăm o galaxie de la miliarde de ani lumină distanță, viteza luminii este singurul lucru care nu se schimbă niciodată. Dar este adevărat? Asta vrea Violet Brettschneider să știe:
lumina se mișcă întotdeauna cu aceeași viteză? Dacă este încetinit de ceva, va rămâne mai lent după ce nu mai este încetinit? Va accelera înapoi până la viteza luminii?
să începem cu ceea ce lumina este la un nivel fundamental: o particulă.
câmpurile care se propagă cu viteza luminii definesc ce este radiația electromagnetică. Cea mai mică unitate (sau cuantică) de radiație electromagnetică este cunoscută sub numele de foton. Imaginea domeniului Public
s-ar putea să nu arate ca o particulă atunci când o vedeți provenind dintr-o sursă de lumină, cum ar fi un bec, o lanternă, un indicator laser sau chiar Soarele, dar asta pentru că nu suntem bine echipați pentru a vedea particule individuale. Dacă folosim fotodetectori electronici în locul ochilor noștri, descoperim că toată lumina din univers este alcătuită din același tip de particulă: fotonul. Are câteva proprietăți care sunt aceleași între toți fotonii:
- masa sa (care este 0),
- viteza sa (care este întotdeauna c, viteza luminii),
- spinul său (care este întotdeauna 1, o măsură a momentului său unghiular intrinsec),
și unul foarte important care variază: energia sa. Lumina violetă are cea mai mare energie a oricărui foton care este vizibil pentru ochii omului, în timp ce roșul are cea mai mică energie a oricărui foton vizibil. La energii chiar mai mici sunt infraroșu, cuptor cu microunde și fotoni radio, în timp ce fotonii cu raze ultraviolete, raze X și raze gamma pot fi găsiți la energii mai mari.
care corespund diferitelor părți ale spectrului electromagnetic. NASA și Wikimedia Commons utilizator Inductivîncărcare
prin vidul spațiului, indiferent de energia lor, ei călătoresc întotdeauna cu viteza luminii. Nu contează cât de repede alergi sau alergi spre lumină; viteza la care o vezi călătorind va fi întotdeauna aceeași. Lucrul care se schimbă, în loc de viteza sa, va fi energia luminii. Deplasați-vă spre lumină și aceasta pare mai albastră, stimulând-o către energii mai mari. Îndepărtați-vă de ea și apare mai roșu, mutat la energii mai mici. Dar nimic din toate acestea, indiferent de modul în care vă mișcați, cum faceți mișcarea luminii sau cum schimbați energia, va determina schimbarea vitezei luminii. Fotonul cu cea mai mare energie și fotonul cu cea mai mică energie au observat vreodată că ambele se deplasează Exact la aceeași viteză.
lumina, inclusiv fotonul, gluonul și undele gravitaționale, care poartă interacțiunile electromagnetice, nucleare puternice și, respectiv, gravitaționale. NASA / Universitatea de Stat Sonoma/Aurore Simonnet
dar dacă sunteți dispus să pășiți în afara unui vid și într-un material, este posibil să încetiniți lumina. Orice material transparent la lumină va avea acei fotoni care călătoresc prin el, inclusiv apă, acril, cristale, sticlă și chiar aer. Dar, deoarece există particule încărcate în aceste materiale — în special electroni-ei interacționează cu fotonii în așa fel încât să-i încetinească. Lumina, chiar dacă nu este încărcată, se comportă ca o undă. Pe măsură ce un foton se mișcă prin spațiu, acesta prezintă câmpuri electrice și magnetice oscilante și poate interacționa cu particulele încărcate. Aceste interacțiuni îl încetinesc și îl fac să se miște cu o viteză mai mică decât viteza luminii, atâta timp cât se află într-un material.
prisma demonstrează modul în care lumina diferitelor energii se mișcă la viteze diferite printr-un mediu, dar nu printr-un vid. Fotonii diferiți au energii diferite, ceea ce înseamnă, de asemenea, că câmpurile lor electrice și magnetice oscilează la rate diferite. În timp ce viteza tuturor tipurilor diferite de lumină este aceeași într-un vid, aceste viteze pot fi diferite în orice fel de mediu. Străluciți lumina albă (formată din toate culorile) printr-o picătură de apă sau o prismă, iar fotonii mai energici vor încetini chiar mai mult decât cei mai puțin energici, determinând separarea culorilor.
curcubeele se datorează luminii solare care interacționează cu picăturile de apă, în timp ce curcubeele rămase apar din reflexii suplimentare în apa de dedesubt. Culorile se separă datorită vitezelor diferite de lumină ale fotonilor de energii diferite printr-un mediu, în acest caz, apă. Terje O. Nordvik prin imaginea astronomică a zilei a NASA
acesta este modul în care lumina strălucitoare prin picăturile de apă creează un curcubeu, deoarece fotonii de energii diferite interacționează cu particulele încărcate într-un mediu (și încetinesc) cu cantități diferite.
picătura are ca rezultat separarea luminii într-o varietate de unghiuri, lumina roșie mișcându-se mai repede și lumina violetă mișcându-se mai încet prin mediul apei. Centrul de învățare științifică / domeniul public
ceea ce este important de reținut, totuși, în toate acestea, este că nimic nu se schimbă la lumina însăși. Nu pierde energie; nu își schimbă proprietățile fundamentale, intrinseci; nu se transformă în nimic altceva. Tot ce se schimbă este spațiul din jurul ei. Când acea lumină iese din mediu și se întoarce în vid, se întoarce la mișcarea cu viteza luminii în vid: 299.792.458 metri pe secundă. De fapt, însăși definiția pe care o avem atât a distanței, cât și a timpului — ceea ce definește un „metru” sau o „secundă” — vine de la lumina însăși. Atomii pot absorbi sau emite lumină, în funcție de modul în care electronii dintr-un atom trec.
Delta_f1, este tranziția care definește contorul, al doilea și viteza luminii. A. Fischer și colab., Jurnalul Societății acustice din America (2013)
Cesiul, al 55-lea element din tabelul periodic, are 55 de electroni într-un singur atom stabil, neutru. Primii 54 de electroni trăiesc de obicei în cea mai mică stare de energie, dar al 55-lea are două niveluri posibile de energie pe care le poate ocupa, care sunt extrem de apropiate. Dacă trece de la cel puțin mai înalt la cel puțin mai mic, acea energie intră într-un foton al unei energii foarte particulare, bine definite. Dacă luați 9.192.631.770 cicluri ale acelui foton, așa definim o secundă. Dacă luați distanța pe care o parcurge în 30.663319 cicluri (care este de 9.192.631.770 împărțită la 299.792.458), obțineți definiția unui metru.
Acest lucru ne învață ceva profund fenomenal: atâta timp cât atomii sunt aceiași peste tot în univers, atunci definițiile noastre despre timp, Lungime și viteza luminii nu se vor schimba niciodată, indiferent unde sau când privim în univers.
Universul, fizica care guvernează atomii și, prin urmare, definițiile noastre despre Lungime, Timp și viteza luminii, sunt exact aceleași. NASA, ESA / Hubble, HST Frontier Fields
deci, ce învățăm, punând toate acestea împreună?
- lumina, indiferent cât de mare sau de scăzută în energie, se mișcă întotdeauna cu viteza luminii, atât timp cât călătorește prin vidul spațiului gol.nimic din ceea ce faci propriei tale miscari sau miscarii luminii nu va schimba aceasta viteza.
- trecând acea lumină într-un mediu non-vid, îi puteți schimba viteza atât timp cât este în acel mediu.
- lumina de energie diferită își va schimba viteza cu cantități ușor diferite, în funcție de proprietățile acelui mediu.
- odată ce părăsești acel mediu și te întorci din nou într-un vid, acea lumină revine la mișcarea cu viteza luminii.conform cunoștințelor și măsurătorilor noastre, viteza luminii are aceeași valoare de 299.792.458 m/s în orice moment și în toate locațiile din Univers.în multe privințe, lumina este cea mai simplă particulă din Univers. Chiar dacă se mișcă întotdeauna cu viteza luminii, nu se mișcă întotdeauna prin spațiul complet gol. Atâta timp cât există materie în Univers care este transparentă pentru lumină, nu veți putea evita încetinirea acesteia. Dar de îndată ce acea lumină se îndreaptă din nou în spațiul gol, se întoarce la viteza luminii în vid, cu fiecare foton mișcându-se ca și cum nu s-ar fi mișcat niciodată cu nicio altă viteză! trimite în dumneavoastră pune întrebări Ethan pentru a startswithabang la gmail dot com!