más források mellett csillagokat, gázt, sugárzást és fekete lyukakat is mutat. De az összes ilyen forrásból származó fény, a gamma-sugaraktól a láthatóig a rádiós fényig, mindig ugyanolyan sebességgel mozog az üres térben: a fénysebesség vákuumban. NASA / ESA/SSC / CXC / STScI
nem számít, milyen gyorsan megy, mindig van egy dolog, amit soha nem lesz képes elkapni: fény. A fénysebesség nem csak a leggyorsabb sebesség, amit az univerzumban bármi el tud utazni, hanem egyetemes állandónak tekinthető. Akár ragyogunk egy zseblámpát, nézzük a holdat vagy a napot, vagy mérjük meg a galaxist több milliárd fényévnyire, a fénysebesség az egyetlen dolog, ami soha nem változik. De ez tényleg igaz? Ezt akarja tudni Violet Brettschneider:
a fény mindig azonos sebességgel mozog? Ha valami lelassítja, akkor lassabb marad, miután már nem lassul le? Felgyorsítja a fénysebességet?
kezdjük azzal, hogy milyen fény van alapvető szinten: egy részecske.
a fénysebességgel szaporodó mezők meghatározzák, hogy mi az elektromágneses sugárzás. Az elektromágneses sugárzás legkisebb egységét (vagy kvantumát) fotonnak nevezik. Public domain kép
lehet, Hogy nem nézel ki, mint egy részecske, ha látod, hogy egy fényforrás, mint egy izzó, egy zseblámpát, egy lézer pointer, vagy akár a Nap, de ez azért van, mert nem vagyunk jól felszerelt különálló részecskék. Ha szemünk helyett elektronikus fotodetektorokat használunk, rájövünk, hogy az univerzum összes fénye azonos típusú részecskékből áll: a fotonból. Van néhány tulajdonsága, amelyek azonosak az összes foton között:
- tömege (ami 0),
- sebessége (ami mindig c, a fénysebesség),
- spin (ami mindig 1, a belső szög lendületének mértéke),
és egy nagyon fontos, amely változik: energiája. Az ibolyaszínű fénynek van a legtöbb energiája minden olyan fotonnak, amely az emberi szem számára látható, míg a vörösnek a látható foton legkisebb energiája van. Ennél is alacsonyabb energiák az infravörös, mikrohullámú és rádiós fotonok, míg az ultraibolya, a röntgen és a gamma-sugár fotonok nagyobb energiákon találhatók.
amelyek megfelelnek az elektromágneses spektrum különböző részeinek. A NASA és a Wikimedia Commons user Inductiveload
Az űr vákuumán keresztül, függetlenül attól, hogy milyen energiájuk van, mindig fénysebességgel haladnak. Nem számít, milyen gyorsan hajsza után, vagy fusson a fény felé, bármelyik;ez a sebesség, amellyel látja, mindig ugyanaz lesz. A sebesség helyett a fény energiája lesz. A fény felé haladva kékebbnek tűnik, magasabb energiákra növelve. Távolodjon el tőle, és úgy tűnik, vörösebb, eltolódott alacsonyabb energiák. De ezek közül egyik sem, függetlenül attól, hogyan mozog, hogyan mozgatja a fényt, vagy hogyan változtatja meg az energiát, a fény sebessége megváltozik. A legnagyobb energiájú foton és a valaha megfigyelt legkisebb energiájú foton egyaránt pontosan azonos sebességgel halad.
fény, beleértve a fotont, a gluont és a gravitációs hullámokat, amelyek az elektromágneses, erős nukleáris és gravitációs kölcsönhatásokat hordozzák. NASA / Sonoma Állami Egyetem/Aurore Simonnet
de ha hajlandó kilépni egy vákuumból és egy anyagba, akkor lassítható a fény. Bármilyen anyag, amely átlátszó fény lesz azok fotonok utazik rajta, beleértve a víz, akril, kristályok, üveg, sőt a levegő. De mivel ezekben az anyagokban töltött részecskék-különösen az elektronok-kölcsönhatásba lépnek a fotonokkal oly módon, hogy lelassítsák őket. A fény, bár nincs feltöltve, úgy viselkedik, mint egy hullám. Ahogy egy foton áthalad az űrben, oszcilláló elektromos és mágneses mezőket mutat, és kölcsönhatásba léphet a töltött részecskékkel. Ezek a kölcsönhatások lelassítják, és a fénysebességnél kisebb sebességgel mozognak, amíg anyagban vannak.
a prism bemutatja, hogy a különböző energiák fénye különböző sebességgel mozog egy közegen keresztül, de nem vákuumban. Az Iowai Egyetem
a különböző fotonok különböző energiákkal rendelkeznek, ami azt is jelenti, hogy elektromos és mágneses tereik különböző sebességgel oszcillálnak. Míg a különböző típusú fény sebessége vákuumban azonos, ezek a sebesség bármilyen közegben eltérő lehet. Shine fehér fény (alkotja az összes szín) egy csepp víz vagy prizma, és az energikusabb fotonok lelassul még több, mint a kevésbé energikus is, ami a színek külön.
a szivárványok a vízcseppekkel kölcsönhatásba lépő napfénynek köszönhetők, míg a fennmaradó szivárványok az alábbi víz további visszaverődéseiből származnak. A színek elkülönülnek a különböző energiájú fotonok fénysebességének eltérő sebessége miatt egy közegen, ebben az esetben a vízen keresztül. Terje O. Nordvik a NASA csillagászati képén keresztül a nap
így a vízcseppeken keresztül ragyogó fény szivárványt hoz létre, mivel a különböző energiájú fotonok különböző mennyiségben kölcsönhatásba lépnek a töltött részecskékkel egy közegben (és lelassulnak).
a cseppek különböző szögekben elválasztják a fényt, a vörös fény gyorsabban mozog, az ibolyaszínű fény pedig lassabban mozog a víz közegén keresztül. Science Learning Hub / public domain
ami fontos megjegyezni, bár, az egész, hogy semmi sem változik a fény maga. Nem veszít energiát; nem változtatja meg alapvető, belső tulajdonságait; nem alakul át semmi másba. Csak a körülötte lévő tér változik. Amikor ez a fény kilép a közegből, és visszatér a vákuumba, visszatér a fénysebességhez vákuumban: 299,792,458 méter másodpercenként. Valójában az a meghatározás, amely mind a távolságból, mind az időből áll — ami meghatározza a “mérőt” vagy a “másodpercet”—, maga a fényből származik. Az atomok elnyelhetik vagy fényt bocsáthatnak ki, attól függően, hogy az elektronok hogyan alakulnak át az atom átmenetén belül.
Delta_f1, az átmenet, amely meghatározza a mérő, a második és a fénysebesség. A. Fischer et al., A Journal of the Acoustical Society of America (2013)
cézium, az 55.elem a periódusos rendszerben, 55 elektronnal rendelkezik egyetlen, stabil, semleges atomban. Az első 54 elektronok általában a legalacsonyabb energiaállapotban élnek, de az 55. – nek két lehetséges energiaszintje van, amelyek rendkívül közel vannak egymáshoz. Ha a kissé magasabbról a kissé alacsonyabbra vált, akkor ez az energia egy nagyon meghatározott, jól meghatározott energia fotonjába kerül. Ha 9,192,631,770 ciklust vesz be ebből a fotonból, akkor így határozzuk meg egy másodpercet. Ha megteszi a távolságot utazik 30.663319 ciklus (ami 9,192,631,770 osztva 299,792,458), akkor kap a meghatározása egy méter.
Ez valami fenomenálisan mélyreható dolgot tanít nekünk: amíg az atomok mindenütt azonosak az univerzumban, addig az idő, a hossz és a fénysebesség meghatározása soha nem fog változni, függetlenül attól, hogy hol vagy mikor nézünk az univerzumban.
univerzum, az atomokat irányító fizika, ezért a hossz, az idő és a fénysebesség definíciói pontosan ugyanazok. NASA, ESA / Hubble, HST Frontier Fields
Szóval mit tanulunk, mindezt összerakva?
- a fény, függetlenül attól, hogy milyen magas vagy alacsony az energiája, mindig a fénysebességgel mozog, mindaddig, amíg az üres tér vákuumán halad át.
- semmi, amit a saját mozgásával vagy a fény mozgásával csinálsz, megváltoztatja ezt a sebességet.
- azáltal, hogy ezt a fényt Nem vákuumos közegbe továbbítja, megváltoztathatja annak sebességét mindaddig, amíg az abban a közegben van.
- a különböző energia fénye kissé eltérő mennyiségben változtatja meg sebességét, a közeg tulajdonságaitól függően.
- amint elhagyod azt a közeget, és újra vákuumba kerülsz, a fény visszatér a fénysebességhez.
- és a legjobb tudásunk és méréseink szerint a fénysebesség értéke 299.792.458 m / s mindenkor és az Univerzum minden pontján.
sok szempontból a fény a legegyszerűbb részecske az univerzumban. Annak ellenére, hogy mindig fénysebességgel mozog, nem mindig mozog teljesen üres térben. Mindaddig, amíg az univerzumban olyan anyag van, amely átlátszó a fény számára, nem fogja tudni elkerülni a lassulást. De amint ez a fény ismét visszatér az üres térbe, visszatér a fénysebességhez vákuumban, minden foton mozog, mintha soha nem mozdult volna más sebességgel!
küldje el kérdéseit a Startswithabanghoz a gmail dot com-on!