Eski zamanlardan beri, filozoflar ve bilim adamları ışığı anlamaya çalıştılar. Temel özelliklerini (yani ne yapıldığını - parçacık veya dalga vb.) Ayırt etmeye çalışmanın yanı sıra, ne kadar hızlı gittiğine dair sonlu ölçümler yapmaya çalıştılar. 17. yüzyılın sonlarından bu yana, bilim adamları tam da bunu yapıyor ve artan doğrulukla.
Böylece ışığın mekaniğini ve fizik, astronomi ve kozmolojide oynadığı önemli rolü daha iyi anladılar. Basitçe söylemek gerekirse, ışık inanılmaz hızlarda hareket eder ve Evrendeki en hızlı hareket eden şeydir. Hızı sabit ve kırılmaz bir bariyer olarak kabul edilir ve mesafeyi ölçmenin bir aracı olarak kullanılır. Ama ne kadar hızlı seyahat ediyor?
Işık hızı (c):
Işık, saatte 1.079.252.848,8 (1,07 milyar) km'lik sabit bir hızda hareket eder. Bu 299.792.458 m / s veya saatte yaklaşık 670.616.629 mph (mil / saat) değerinde çalışır. Bunu perspektife sokmak için, ışık hızında seyahat edebilseydiniz, dünyayı bir saniyede yaklaşık yedi buçuk kez dolaştırabilirsiniz. Bu arada, ortalama 800 km / s (500 mph) hızda uçan bir kişi, gezegeni sadece bir kez daire içine almak için 50 saatten fazla zaman alacaktır.
Bunu astronomik bir perspektife yerleştirmek için, Dünya'dan Ay'a olan ortalama mesafe 384.398,25 km'dir (238,854 mil). Böylece ışık bu mesafeyi bir saniye içinde geçiyor. Bu arada, Güneş'ten Dünya'ya olan ortalama mesafe ~ 149.597.886 km'dir (92.955.817 mil), bu da ışığın bu yolculuğu yapmak için sadece 8 dakika sürdüğü anlamına gelir.
O zaman ışık hızının neden astronomik mesafeleri belirlemek için kullanılan metrik olduğu merak edilmez. Proxima Centauri gibi bir yıldızın 4,25 ışıkyılı uzaklıkta olduğunu söylediğimizde, saatte 1,07 milyar km'lik (670,616,629 mil / saat) sabit bir hızda seyahat etmenin yaklaşık 4 yıl 3 ay süreceğini söylüyoruz. Peki “ışık hızı” için bu son derece spesifik ölçüme nasıl ulaştık?
Çalışmanın Tarihçesi:
17. yüzyıla kadar bilim adamları ışığın sonlu bir hızda mı yoksa anında mı gittiğinden emin değillerdi. Eski Yunanlı günlerden, erken modern dönemin ortaçağ İslam bilginlerine ve bilim adamlarına kadar, tartışma ileri geri gitti. Danimarkalı gökbilimci Øle Rømer'in (1644-1710) çalışmalarına kadar ilk nicel ölçüm yapılmadı.
1676'da Rømer, Jüpiter'in en içteki Ay Io dönemlerinin, Dünya Jüpiter'e yaklaşırken ondan uzaklaştığından daha kısa göründüğünü gözlemledi. Bundan, ışığın sonlu bir hızda yol aldığı sonucuna vardı ve Dünya'nın yörüngesinin çapını geçmenin yaklaşık 22 dakika sürdüğünü tahmin etti.
Christiaan Huygens bu tahmini kullandı ve 220.000 km / s'lik bir tahmin elde etmek için Dünya'nın yörüngesinin çapı tahminiyle birleştirdi. Isaac Newton ayrıca Rømer’ın seminal çalışmasında yaptığı hesaplamalar hakkında da konuştu. Opticks (1706). Dünya ve Güneş arasındaki mesafeyi ayarlayarak, birinden diğerine seyahat etmenin yedi veya sekiz dakika süreceğini hesapladı. Her iki durumda da, nispeten küçük bir farkla ayrıldılar.
Fransız fizikçiler Hippolyte Fizeau (1819 - 1896) ve Léon Foucault (1819 - 1868) tarafından daha sonra yapılan ölçümler bu ölçümleri daha da geliştirerek 315.000 km / s (192.625 mi / s) değerine ulaştı. Ve 19. yüzyılın ikinci yarısında bilim adamları ışık ve elektromanyetizma arasındaki bağlantının farkına vardılar.
Bu, daha sonra sayısal değerin ışık hızına (Fizeau tarafından ölçüldüğü gibi) çok yakın olduğunu tespit eden elektromanyetik ve elektrostatik yükleri ölçen fizikçiler tarafından gerçekleştirildi. Alman fizikçi Wilhelm Eduard Weber, elektromanyetik dalgaların boş alanda yayıldığını gösteren kendi çalışmasına dayanarak ışığın elektromanyetik bir dalga olduğunu öne sürdü.
Bir sonraki büyük atılım 20. yüzyılın başlarında geldi / 1905 tarihli makalesinde “Hareketli Cisimlerin Elektrodinamiği Üzerine ”, Albert Einstein, bir vakumdaki ışığın hızlanmayan bir gözlemci tarafından ölçülen hızının, tüm eylemsizlik referans çerçevelerinde aynı olduğunu ve kaynak veya gözlemcinin hareketinden bağımsız olduğunu iddia etti.
Bunu ve Galileo’nun görelilik ilkesini temel olarak kullanan Einstein, vakumdaki ışığın hızının (c) temel bir sabitti. Bundan önce, bilim adamları arasındaki çalışma konsensüsü, uzayın yayılmasından sorumlu olan “ışıklı bir eter” ile doldurulduğunu, yani hareketli bir ortamdan geçen ışığın ortam tarafından sürükleneceğini düşündü.
Bu da ışığın ölçülen hızının hızının basit bir toplamı olacağı anlamına geliyordu. vasıtasıyla orta artı hız nın-nin o ortam. Bununla birlikte, Einstein'ın teorisi, sabit eter kavramını etkili bir şekilde işe yaramaz hale getirdi ve uzay ve zaman kavramlarında devrim yaptı.
Işık hızının tüm atalet referans çerçevelerinde aynı olduğu fikrini geliştirmekle kalmadı, aynı zamanda işler ışık hızına yaklaştığında büyük değişikliklerin meydana geldiği fikrini de getirdi. Bunlar, gözlemci çerçevesinde ölçüldüğünde yavaşlayan ve hareket yönünde büzülen görünen hareketli bir cismin zaman-uzay çerçevesini içerir (yani, ışığın hızı yaklaştıkça zamanın yavaşladığı zaman genişlemesi).
Gözlemleri ayrıca Maxwell’in elektrik ve manyetizma denklemlerini mekanik yasalarla uzlaştırdı, matematiksel hesaplamaları diğer bilim adamları tarafından kullanılan yabancı açıklamalarla ortadan kaldırarak ve doğrudan gözlenen ışık hızıyla uyumlu hale getirdi.
20. yüzyılın ikinci yarısında, lazer inferometreleri ve boşluk rezonans teknikleri kullanılarak giderek daha doğru ölçümler, ışık hızı tahminlerini daha da iyileştirecektir. 1972'de, Boulder, Colorado'daki ABD Ulusal Standartlar Bürosu'ndaki bir grup, şu anda tanınan 299.792.458 m / s değerini elde etmek için lazer inferometre tekniğini kullandı.
Modern Astrofizikteki Rolü:
Einstein’ın vakumdaki ışık hızının kaynağın hareketinden bağımsız olduğu ve gözlemcinin ataletsel referans çerçevesinin o zamandan beri birçok deney tarafından tutarlı bir şekilde doğrulandığı teorisi. Aynı zamanda tüm kütlesiz parçacıkların ve dalgaların (ışık dahil) vakumda geçebileceği hızlarda bir üst sınır belirler.
Bunun sonuçlarından biri, kozmologların artık uzay ve zamanı uzay-zaman olarak bilinen tek, birleşik bir yapı olarak ele almasıdır - ışığın hızının her ikisi için de değerleri tanımlamak için kullanılabileceği (yani “ışık yılı”, “ışık dakikaları” ve "Hafif saniye"). Işık hızının ölçümü de kozmik genişleme oranını belirlerken önemli bir faktör haline gelmiştir.
1920'lerden Lemaitre ve Hubble'ın gözlemleriyle başlayarak, bilim adamları ve astronomlar Evrenin bir başlangıç noktasından genişlediğinin farkına vardılar. Hubble ayrıca bir gökada ne kadar uzaksa, o kadar hızlı hareket ettiğini gösteriyor. Şimdi Hubble Parametresi olarak adlandırılan şeyde, Evrenin genişleme hızı megaparreküp başına 68 km / s olarak hesaplanmaktadır.
Bazı galaksilerin aslında ışık hızından daha hızlı hareket edebileceği anlamına gelen teorize edilmiş olan bu fenomen, Evrenimizde gözlemlenebilir olana bir sınır koyabilir. Esasen, ışık hızından daha hızlı seyahat eden gökadalar, artık bizim göremediğimiz bir “kozmolojik olay ufkunu” geçecekti.
Ayrıca, 1990'lara gelindiğinde, uzak gökadaların kırmızıya kayma ölçümleri, Evrenin genişlemesinin son birkaç milyar yıldır hızlandığını gösterdi. Bu, görünmeyen bir kuvvetin, içinde hareket eden nesneler yerine uzayın kendisinin genişlemesini yönlendirdiği “Karanlık Enerji” gibi teorilere yol açmıştır (böylece ışığın hızına veya göreliliğin ihlaline sınırlama getirilmemiştir).
Özel ve genel görelilikle birlikte, bir vakumdaki ışığın hızının modern değeri, kozmoloji, kuantum fiziği ve Parçacık fiziğinin Standart Modeli'ni bilgilendirmeye devam etti. Kütlesiz parçacıkların geçebileceği üst sınırdan bahsederken sabit kalır ve kütlesi olan parçacıklar için ulaşılamaz bir bariyer olarak kalır.
Belki bir gün, ışık hızını aşmanın bir yolunu bulacağız. Bunun nasıl olabileceğine dair pratik bir fikrimiz olmasa da, akıllı para, ya çözgü kabarcıkları (yani Alcubierre Warp Drive) yaratarak ya da tünel açarak uzay-zaman yasalarını atlatmamıza izin verecek teknolojiler üzerinde görünüyor. yani solucan delikleri).
O zamana kadar, görebildiğimiz Evren'den memnun olmamız ve geleneksel yöntemler kullanarak ulaşılabilen kısmını keşfetmeye devam etmemiz gerekecek.
Space Magazine için ışık hızı hakkında birçok makale yazdık. İşte Işık Hızı Ne Kadar Hızlı ?, Galaksiler Işıktan Daha Hızlı Nasıl Hareket Ediyor?, Uzay Işık Hızından Nasıl Daha Hızlı Seyahat Edebilir ve Işık Hızını Kırabilir?
Işık hızı için birçok farklı birimi dönüştürmenize olanak tanıyan harika bir hesap makinesi ve neredeyse ışık hızında seyahat etmek istemeniz durumunda bir görelilik hesaplayıcısı.
Astronomy Cast ayrıca ışık hızı ile ilgili soruları ele alan bir bölüme sahiptir - Sorular Gösterisi: Görelilik, Görelilik ve daha fazla Görelilik.
Kaynaklar:
- Vikipedi - Işık Hızı
- Evrenin Fiziği - Işık Hızı ve Görelilik İlkesi
- NASA - Işık Hızı Nedir?
- Galileo ve Einstein - Işık Hızı
