Скорость света

Измерение скорости света

Скоро́сть све́та — фундаментальная физическая константа, представляющая собой предельную скорость распространения любого сигнала или взаимодействия в вакууме. Она обозначается символом c и имеет точное значение 299 792 458 метров в секунду (около 670 616 629 миль в час).

Исторические сведения

Первое экспериментальное измерение скорости света было выполнено датским астрономом Оле Ремером в 1676 году. Он наблюдал периодическое изменение периодов обращения спутника Юпитера Ио и определил, что свет распространяется со скоростью около 227 000 км/с.

В 1728 году английский астроном Джеймс Брэдли открыл явление аберрации света, которое также позволило оценить скорость света.

В 1849 году французский физик Ипполит Физо впервые измерил скорость света в лаборатории, используя вращающийся зубчатый диск. Он получил значение около 313 000 км/с.

В 1862 году французский физик Леон Фуко выполнил классический опыт по определению скорости света, основанный на вращении зеркала. Он получил значение 298 000 км/с.

В 1983 году международная группа ученых определила скорость света в вакууме с беспрецедентной точностью 299 792 458 м/с, используя метод лазерной интерферометрии. Это значение было принято в качестве фиксированной фундаментальной постоянной в 1983 году.

Позже в 1905 году Альберт Эйнштейн постулировал, что скорость света является максимально возможной скоростью в природе.

Роль в физике

Скорость света играет фундаментальную роль во многих областях физики и космологии:

Теория относительности

Эйнштейн включил скорость света в качестве ключевого элемента в специальную теорию относительности, рассматривая ее как абсолютную предельную скорость распространения информации и энергии во Вселенной. Постоянство скорости света во всех инерциальных системах отсчета лежит в основе специальной теории относительности

Электромагнетизм

Скорость света определяет скорость распространения электромагнитных волн и участвует в уравнениях Максвелла, описывающих электромагнитные явления. Джеймс Максвелл вывел систему уравнений, описывающую поведение стационарных зарядов, зарядов, находящихся в движении, и электрических токов, а также объединяет электродинамику и магнетизм.

Оптика

Явления, связанные со светом, такие как дифракция, интерференция и поляризация, зависят от скорости распространения световых волн. В прозрачных средах скорость света меньше, чем в вакууме. В воздухе и газах она лишь незначительно уменьшается, тогда как в твердых телах свет распространяется намного медленнее. Рассчитать скорость света в веществе можно, зная его коэффициент преломления.

Астрономия и космология

Измерение времени распространения света от далеких галактик и квазаров позволяет исследовать их прошлое состояние и эволюцию Вселенной.

Экспериментальное измерение

Первое прямое измерение скорости света было выполнено в 1676 году датским астрономом Оле Рёмером. С тех пор было разработано несколько высокоточных методов, включая метод вращающегося зеркала Физо и Фуко (1850), интерферометрический метод Майкельсона (1926) и методы, использующие лазерную локацию. Современные эксперименты подтверждают постоянство и изотропность скорости света с очень высокой точностью .

Значение в науке и технологиях

Скорость света имеет решающее значение для многих областей науки и техники, включая релятивистскую механику, квантовую электродинамику, оптику, телекоммуникации и астрономические наблюдения. Она также лежит в основе глобальных навигационных систем, таких как GPS. Определение скорости света с беспрецедентной точностью является одной из ключевых задач современной метрологии.