viser stjerner, gass, stråling og sorte hull, blant andre kilder. Men lyset som kommer fra alle disse kildene, fra gammastråler til synlig for radiolys, beveger seg alltid med samme hastighet gjennom tomt rom: lysets hastighet i vakuum. NASA/ESA/SSC/CXC/STScI
UANSETT hvor fort du går, er det alltid en ting du aldri vil kunne fange: lys. Lysets hastighet er ikke bare den raskeste hastigheten som Noe I Universet kan reise, det regnes som en universell konstant. Enten vi skinner en lommelykt, ser På Månen eller Solen, eller måler en galakse fra milliarder lysår unna, er lysets hastighet det eneste som aldri endres. Men er det virkelig sant? Det er Det Violet Brettschneider vil vite:
går lyset alltid i samme hastighet? Hvis det er bremset av noe, vil det bli langsommere etter at det ikke lenger blir bremset? Vil hastigheten tilbake til lysets hastighet?
la oss starte med hvilket lys som er på et grunnleggende nivå: en partikkel.
felt som forplanter seg med lysets hastighet definerer hva elektromagnetisk stråling er. Den minste enheten (eller kvantum) av elektromagnetisk stråling er kjent som en foton. Det kan ikke se ut som en partikkel når du ser det som kommer fra en lyskilde som en pære, en lommelykt, en laserpeker eller Til Og Med Solen, men det er fordi vi ikke er godt rustet til å se individuelle partikler. Hvis vi bruker elektroniske fotodetektorer i stedet for øynene våre, oppdager vi at alt lyset i Universet består av samme type partikkel: fotonet. Den har noen egenskaper som er de samme mellom alle fotoner:
- dens masse (som er 0),
- dens hastighet (som alltid er c, lysets hastighet),
- dens spinn (som alltid er 1, et mål på dens indre vinkelmoment),
og en svært viktig en som varierer: dens energi. Violett lys har mest energi av noe foton som er synlig for menneskelige øyne, mens rødt har minst energi av noe synlig foton. Ved enda lavere energier er infrarøde, mikrobølgeovn og radiofotoner, mens ultrafiolette, Røntgen-og gammastrålefotoner kan bli funnet ved høyere energier.
som tilsvarer ulike deler av det elektromagnetiske spektret. NASA og Wikimedia Commons bruker Inductiveload
gjennom vakuum i rommet, uansett hva deres energi er, reiser de alltid med lysets hastighet. Det spiller ingen rolle hvor raskt du jager etter eller løper mot lys, heller; den hastigheten du ser den på, vil alltid være den samme. Det som skifter, i stedet for hastigheten, vil være lysets energi. Bevege seg mot lys og det vises blåere, øke den til høyere energier. Bevege seg bort fra det, og det ser rødere, flyttet til lavere energier. Men ingen av det, uansett hvordan du beveger deg, hvordan du får lyset til å bevege seg, eller hvordan du endrer energien, vil føre til at lysets hastighet endres. Den høyeste energifotonen og den laveste energifotonen har observert begge reiser med nøyaktig samme hastighet.
lys, inkludert foton, gluon og gravitasjonsbølger, som bærer henholdsvis elektromagnetiske, sterke nukleare og gravitasjonsbølger. NASA/Sonoma State University/Aurore Simonnet
Men Hvis du er villig til å gå utenfor et vakuum og inn i et materiale, er det mulig å senke lyset ned. Ethvert materiale som er gjennomsiktig for lys, vil få fotonene til å reise gjennom det, inkludert vann, akryl, krystaller, glass og jevn luft. Men fordi det er ladede partikler i disse materialene-spesielt elektroner-samhandler de med fotonene på en slik måte at de senker dem ned. Lys, selv om det ikke er ladet, oppfører seg som en bølge. Når et foton beveger seg gjennom rommet, viser det oscillerende elektriske og magnetiske felt, og kan samhandle med ladede partikler. Disse interaksjonene reduserer det, og får det til å bevege seg med en hastighet mindre enn lysets hastighet så lenge de er i et materiale.
regnbuer skyldes sollys som interagerer med vanndråper, mens de resterende regnbuene oppstår fra ytterligere refleksjoner i vannet under. Farger skiller seg på grunn av de forskjellige lyshastighetene til fotoner av forskjellige energier gjennom et medium, i dette tilfellet vann. Terje O. Nordvik via NASAS Astronomy Picture of The Day
slik skaper skinnende lys gjennom vanndråper en regnbue, fordi fotoner av forskjellige energier samhandler med de ladede partiklene i et medium (og senker) av forskjellige mengder.
dråpe resultere i lys skille på en rekke vinkler, med rødt lys beveger seg raskere og fiolett lys beveger seg saktere gjennom mediet av vann. Science Learning Hub / public domain
det som er viktig å huske, men i alt dette er at ingenting forandrer seg om lyset selv. Mister ikke energi; det endrer ikke sine grunnleggende, iboende egenskaper; det forvandler seg ikke til noe annet. Alt som endrer seg er rommet rundt det. Når lyset kommer ut av mediet og går tilbake til vakuum, går det tilbake til å bevege seg med lysets hastighet i vakuum: 299 792 458 meter per sekund. Faktisk kommer selve definisjonen vi har av både avstand og tid-det som definerer en «meter» eller et» sekund » — fra lyset selv. Atomer kan absorbere eller avgir lys, avhengig av hvordan elektronene i et atom overgang.
Cesium, det 55. elementet i det periodiske bordet, har 55 elektroner i et enkelt, stabilt, nøytralt atom. De første 54 elektronene lever vanligvis i den laveste energitilstanden, men den 55. har to mulige energinivåer det kan oppta som er ekstremt tett sammen. Hvis den overgår fra den litt høyere til den litt lavere, går den energien inn i en foton av en meget bestemt, veldefinert energi. Hvis du tar 9,192,631,770 sykluser av den fotonen, er det slik vi definerer ett sekund. Hvis du tar avstanden den reiser i 30.663319 sykluser (som er 9,192,631,770 delt med 299,792,458), får du definisjonen av en meter.
dette lærer oss noe fenomenalt dypt: så lenge atomer er de samme overalt i Universet, vil våre definisjoner av tid, lengde og lysets hastighet aldri forandre seg, uansett hvor eller når Vi ser I Universet.
så hva lærer vi, å sette alt dette sammen?
- Lys, uansett hvor høy eller lav energi, beveger seg alltid med lysets hastighet, så lenge det reiser gjennom vakuumet av tomt rom.
- Ingenting du gjør med din egen bevegelse eller lysets bevegelse vil endre den hastigheten.
- ved å sende det lyset inn i et ikke-vakuummedium, kan du endre hastigheten så lenge det er i det mediet.Lys av forskjellig energi vil endre hastigheten med litt forskjellige mengder, avhengig av egenskapene til det mediet.
- når du forlater det mediet og går tilbake til et vakuum igjen, går lyset tilbake til å bevege seg med lysets hastighet.og etter vår beste kunnskap og målinger har lysets hastighet den samme verdien av 299 792 458 m / s til enhver tid og alle steder i Universet.
på mange måter er lys den enkleste partikkelen I Universet. Selv om det alltid beveger seg med lysets hastighet, beveger det seg ikke alltid gjennom helt tomt rom. Så lenge det er materie i Universet som er gjennomsiktig for lys, vil du ikke kunne unngå å bremse det ned. Men så snart lyset går tilbake til tomt rom igjen, er det tilbake til lysets hastighet i vakuum, med hver foton som beveger seg som om den aldri hadde beveget seg i noen annen hastighet i det hele tatt!
Send Inn Spør Ethan spørsmål til startswithabang på gmail dot com!