سرعة الضوء هي القيمة المطلقة لسرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ. في الفيزياء، يُشار إليه تقليديًا بالحرف اللاتيني "c" (يُنطق [tse]). تعد سرعة الضوء في الفراغ ثابتًا أساسيًا لا يعتمد على اختيار الإطار المرجعي بالقصور الذاتي (IFR). فهو يشير إلى الثوابت الفيزيائية الأساسية التي لا تميز الأجسام الفردية فحسب، بل خصائص الزمكان ككل. وفقا للمفاهيم الحديثة، فإن سرعة الضوء في الفراغ هي السرعة القصوى لحركة الجسيمات وانتشار التفاعلات. من المهم أيضًا حقيقة أن هذه القيمة مطلقة. هذه إحدى مسلمات SRT.
في الفراغ (الفراغ)
في عام 1977، كان من الممكن حساب السرعة التقريبية للضوء التي تساوي 299,792,458 ± 1.2 م/ث، محسوبة على أساس المتر القياسي لعام 1960. يُعتقد حاليًا أن سرعة الضوء في الفراغ هي ثابت فيزيائي أساسي، بحكم التعريف يساوي تمامًا 299,792,458 م/ث، أو ما يقرب من 1,079,252,848.8 كم/ساعة. ترجع القيمة الدقيقة إلى حقيقة أنه منذ عام 1983، تم اعتبار المقياس القياسي هو المسافة التي يقطعها الضوء في الفراغ في فترة زمنية تساوي 1/299,792,458 ثانية. ويرمز لسرعة الضوء بالحرف c.
أظهرت تجربة ميشيلسون، الأساسية في SRT، أن سرعة الضوء في الفراغ لا تعتمد على سرعة مصدر الضوء أو على سرعة الراصد. في الطبيعة ينتشر ما يلي بسرعة الضوء:
الضوء المرئي الفعلي
أنواع أخرى من الإشعاع الكهرومغناطيسي (موجات الراديو والأشعة السينية وما إلى ذلك)
ويترتب على النظرية النسبية الخاصة أن تسارع الجسيمات ذات الكتلة الساكنة إلى سرعة الضوء أمر مستحيل، لأن هذا الحدث من شأنه أن ينتهك المبدأ الأساسي للسببية. أي أنه يُستبعد أن تتجاوز الإشارة سرعة الضوء، أو حركة الكتلة بهذه السرعة. ومع ذلك، فإن النظرية لا تستبعد حركة الجسيمات في الزمكان بسرعات فائقة الضوء. تسمى الجسيمات الافتراضية التي تتحرك بسرعات فائقة الضوء تاكيونات. رياضيًا، تتلاءم التاكيونات بسهولة مع تحويل لورنتز - فهي جزيئات ذات كتلة خيالية. كلما زادت سرعة هذه الجسيمات، قلت الطاقة التي تحملها، والعكس صحيح، فكلما اقتربت سرعتها من سرعة الضوء زادت طاقتها - تمامًا مثل طاقة الجسيمات العادية، تميل طاقة التاكيونات إلى اللانهاية كما هو الحال مع طاقة الجسيمات العادية. يقتربون من سرعة الضوء. هذه هي النتيجة الأكثر وضوحًا لتحول لورنتز، الذي لا يسمح للجسيم بالتسارع إلى سرعة الضوء - فمن المستحيل ببساطة نقل كمية لا حصر لها من الطاقة إلى الجسيم. يجب أن يكون مفهوما، أولا، أن التاكيونات هي فئة من الجسيمات، وليس مجرد نوع واحد من الجسيمات، وثانيا، لا يمكن لأي تفاعل جسدي أن ينتشر بشكل أسرع من سرعة الضوء. ويترتب على ذلك أن التاكيونات لا تنتهك مبدأ السببية - فهي لا تتفاعل بأي شكل من الأشكال مع الجزيئات العادية، كما أن الفرق في سرعاتها فيما بينها لا يساوي سرعة الضوء.
تسمى الجسيمات العادية التي تتحرك بشكل أبطأ من الضوء بالتارديونات. لا يمكن لـ Tardions أن تصل إلى سرعة الضوء، ولكنها تقترب منها بشكل تعسفي فقط، لأنه في هذه الحالة تصبح طاقتها كبيرة بشكل غير محدود. تتمتع جميع التارديونات بكتلة سكون، على عكس الفوتونات والغرافيتونات عديمة الكتلة، والتي تتحرك دائمًا بسرعة الضوء.
في وحدات بلانك، تكون سرعة الضوء في الفراغ 1، أي أن الضوء ينتقل بمقدار وحدة واحدة من طول بلانك لكل وحدة زمن بلانك.
في بيئة شفافة
سرعة الضوء في الوسط الشفاف هي السرعة التي ينتقل بها الضوء في وسط آخر غير الفراغ. في وسط مع التشتت، يتم التمييز بين سرعات الطور والمجموعة.
ترتبط سرعة الطور بالتردد والطول الموجي للضوء أحادي اللون في وسط ( lect=c/ν). هذه السرعة عادة (ولكن ليس بالضرورة) أقل من ج. وتسمى نسبة سرعة طور الضوء في الفراغ إلى سرعة الضوء في وسط ما بمعامل انكسار الوسط. تكون سرعة مجموعة الضوء في وسط التوازن دائمًا أقل من c. ومع ذلك، في الوسائط غير المتوازنة يمكن أن يتجاوز ج. ومع ذلك، في هذه الحالة، لا تزال الحافة الأمامية للنبضة تتحرك بسرعة لا تتجاوز سرعة الضوء في الفراغ.
أثبت أرماند هيبوليت لويس فيزو تجريبيًا أن حركة الوسط بالنسبة لشعاع الضوء قادرة أيضًا على التأثير على سرعة انتشار الضوء في هذا الوسط.
نفي مسلمة السرعة القصوى للضوء
في السنوات الأخيرة، ظهرت تقارير في كثير من الأحيان أنه في ما يسمى النقل الآني الكمي، ينتشر التفاعل بشكل أسرع من سرعة الضوء. على سبيل المثال، في 15 أغسطس 2008، زُعم أن مجموعة البحث التابعة للدكتور نيكولاس جيسين من جامعة جنيف، والتي تدرس حالات الفوتون المقيدة والمفصولة بمسافة 18 كيلومترًا في الفضاء، أظهرت أن "التفاعلات بين الجسيمات تحدث بسرعة تقارب مائة ألف مرة" أكبر من سرعة سفيتا". في السابق، تمت أيضًا مناقشة ما يسمى بمفارقة هارتمان - السرعة الفائقة للضوء مع تأثير النفق.
يُظهر التحليل العلمي لأهمية هذه النتائج والنتائج المماثلة أنه لا يمكن استخدامها بشكل أساسي لنقل أي إشارة أو حركة للمادة فوق الضوء.
تاريخ قياسات سرعة الضوء
اعتبر العلماء القدماء، مع استثناءات نادرة، أن سرعة الضوء لا نهائية. وفي العصر الحديث أصبحت هذه القضية موضوعا للنقاش. واعترف غاليليو وهوك بأنها محدودة، رغم أنها كبيرة جدًا، بينما ظل كبلر وديكارت وفيرمات يدافعون عن لانهاية سرعة الضوء.
أول تقدير لسرعة الضوء قدمه أولاف رومر (1676). ولاحظ أنه عندما تكون الأرض والمشتري على جانبين متقابلين من الشمس، فإن كسوف القمر الصناعي للمشتري آيو يتأخر بمقدار 22 دقيقة مقارنة بالحسابات. ومن هنا حصل على قيمة لسرعة الضوء تبلغ حوالي 220 ألف كيلومتر في الثانية، وهي قيمة غير دقيقة، ولكنها قريبة من القيمة الحقيقية. وبعد نصف قرن، مكّن اكتشاف الانحراف من تأكيد محدودية سرعة الضوء وتحسين تقييمها.
في عام 1676، قام عالم الفلك الدنماركي أولي رومر بأول تقدير تقريبي لسرعة الضوء. لاحظ رومر تباينًا طفيفًا في مدة خسوف أقمار المشتري وخلص إلى أن حركة الأرض، إما الاقتراب من المشتري أو الابتعاد عنه، غيرت المسافة التي يجب أن يقطعها الضوء المنعكس من الأقمار.
ومن خلال قياس حجم هذا التناقض، حسب رومر أن سرعة الضوء تبلغ 219.911 كيلومترًا في الثانية. وفي تجربة لاحقة عام 1849، وجد الفيزيائي الفرنسي أرماند فيزو أن سرعة الضوء تبلغ 312873 كيلومترًا في الثانية.
كما هو موضح في الشكل أعلاه، يتكون إعداد فيزو التجريبي من مصدر للضوء، وهو مرآة نصف شفافة تعكس فقط نصف الضوء الساقط عليها، مما يسمح للباقي بالمرور عبر ترس دوار ومرآة ثابتة. عندما يضرب الضوء المرآة الشفافة، ينعكس على عجلة مسننة، مما يؤدي إلى تقسيم الضوء إلى أشعة. بعد المرور عبر نظام عدسات التركيز، ينعكس كل شعاع ضوئي من مرآة ثابتة ويعود مرة أخرى إلى العجلة المسننة. ومن خلال إجراء قياسات دقيقة للسرعة التي تحجب بها العجلة المسننة الأشعة المنعكسة، تمكن فيزو من حساب سرعة الضوء. وقام زميله جان فوكو بتحسين هذه الطريقة بعد عام ووجد أن سرعة الضوء تبلغ 297878 كيلومترًا في الثانية. وتختلف هذه القيمة قليلاً عن القيمة الحديثة البالغة 299,792 كيلومترًا في الثانية، والتي يتم حسابها بضرب الطول الموجي وتردد إشعاع الليزر.
تجربة فيزو
كما هو موضح في الصور أعلاه، ينتقل الضوء للأمام ويعود للخلف عبر نفس الفجوة الموجودة بين أسنان العجلة عندما تدور العجلة ببطء (الصورة السفلية). إذا دارت العجلة بسرعة (الصورة العلوية)، فإن الترس المجاور يحجب الضوء العائد.
نتائج فيزو
ومن خلال وضع المرآة على بعد 8.64 كيلومترًا من الترس، حدد فيزو أن سرعة دوران الترس المطلوبة لحجب شعاع الضوء العائد هي 12.6 دورة في الثانية. وبمعرفة هذه الأرقام، وكذلك المسافة التي يقطعها الضوء، والمسافة التي يجب أن يقطعها الترس لحجب شعاع الضوء (التي تساوي عرض الفجوة بين أسنان العجلة)، حسب أن شعاع الضوء استغرق 0.000055 ثانية لقطع المسافة من الترس إلى المرآة والعودة. وبتقسيم المسافة الإجمالية البالغة 17.28 كيلومترًا التي قطعها الضوء على هذا الوقت، حصل فيزو على قيمة لسرعته البالغة 312873 كيلومترًا في الثانية.
تجربة فوكو
في عام 1850، قام الفيزيائي الفرنسي جان فوكو بتحسين تقنية فيزو عن طريق استبدال عجلة التروس بمرآة دوارة. يصل الضوء من المصدر إلى المراقب فقط عندما تكمل المرآة دورانًا كاملاً بزاوية 360 درجة خلال الفترة الزمنية بين مغادرة وعودة شعاع الضوء. وباستخدام هذه الطريقة، حصل فوكو على قيمة لسرعة الضوء تبلغ 297878 كيلومترًا في الثانية.
الوتر الأخير في قياس سرعة الضوء.
لقد مكّن اختراع الليزر الفيزيائيين من قياس سرعة الضوء بدقة أكبر بكثير من أي وقت مضى. في عام 1972، قام العلماء في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا بقياس الطول الموجي وتردد شعاع الليزر بعناية وسجلوا سرعة الضوء، حاصل ضرب هذين المتغيرين، لتكون 299,792,458 مترًا في الثانية (186,282 ميلًا في الثانية). وكان من نتائج هذا القياس الجديد قرار المؤتمر العام للأوزان والمقاييس باعتماد المتر القياسي (3.3 قدم) للمسافة التي يقطعها الضوء في 1/299,792,458 من الثانية. وهكذا / فإن سرعة الضوء، وهي أهم ثابت أساسي في الفيزياء، يتم حسابها الآن بثقة عالية جدًا، ويمكن تحديد المقياس المرجعي بدقة أكبر بكثير من أي وقت مضى.
سرعة الضوء هي كمية القياس الأكثر غرابة المعروفة حتى الآن. أول من حاول تفسير ظاهرة انتشار الضوء هو ألبرت أينشتاين. كان هو الذي توصل إلى الصيغة المعروفة ه = مولودية² ، أين ههي الطاقة الإجمالية للجسم، م- الكتلة و ج- سرعة الضوء في الفراغ .
نُشرت الصيغة لأول مرة في مجلة Annalen der Physik في عام 1905. وفي نفس الوقت تقريبًا، طرح أينشتاين نظرية حول ما يمكن أن يحدث لجسم يتحرك بسرعة مطلقة. واستنادا إلى حقيقة أن سرعة الضوء هي كمية ثابتة، فقد توصل إلى استنتاج مفاده أن المكان والزمان يجب أن يتغيرا.
وهكذا، عند سرعة الضوء، سوف يتقلص الجسم إلى ما لا نهاية، وستزداد كتلته إلى ما لا نهاية، وسيتوقف الزمن عمليا.
في عام 1977، كان من الممكن حساب سرعة الضوء، وكان الرقم 299,792,458 ± 1.2 متر في الثانية. ولإجراء حسابات أكثر تقريبية، يُفترض دائمًا أن القيمة تبلغ 300000 كم/ثانية. ومن هذه القيمة ترتكز جميع الأبعاد الكونية الأخرى. وهكذا ظهر مفهوم "السنة الضوئية" و"الفرسخ الفلكي" (3.26 سنة ضوئية).
من المستحيل التحرك بسرعة الضوء، ناهيك عن التغلب عليها. على الأقل في هذه المرحلة من التطور البشري. ومن ناحية أخرى، يحاول كتاب الخيال العلمي حل هذه المشكلة على صفحات رواياتهم منذ حوالي 100 عام. ربما يصبح الخيال العلمي يومًا ما حقيقة، لأنه في القرن التاسع عشر، تنبأ جول فيرن بظهور المروحية والطائرة والكرسي الكهربائي، وكان حينها خيالًا علميًا خالصًا!
> سرعة الضوء
اكتشف أي منها سرعة الضوءفي الفراغ هو ثابت أساسي في الفيزياء. اقرأ ما تساويه سرعة انتشار الضوء م/ث، القانون، صيغة القياس.
سرعة الضوء في الفراغ- أحد الثوابت الأساسية في الفيزياء.
هدف التعلم
- قارن سرعة الضوء بمعامل انكسار الوسط.
النقاط الرئيسية
- أقصى مؤشر ممكن لسرعة الضوء هو الضوء في الفراغ (دون تغيير).
- C هو رمز سرعة الضوء في الفراغ. تصل إلى 299,792,458 م/ث.
- عندما يدخل الضوء إلى وسط ما، تتباطأ سرعته بسبب انكساره. تم حسابه باستخدام الصيغة v = c/n.
شروط
- السرعة الخاصة للضوء: التوفيق بين مبدأ النسبية وثبات سرعة الضوء.
- معامل الانكسار هو نسبة سرعة الضوء في الهواء/الفراغ إلى وسط آخر.
سرعة الضوء
تعمل سرعة الضوء كنقطة مقارنة لتحديد شيء ما على أنه سريع للغاية. ولكن ما هو؟
يتحرك شعاع الضوء من الأرض إلى القمر في الفترة الزمنية اللازمة لمرور نبضة ضوئية - 1.255 ثانية عند متوسط المسافة المدارية
الجواب بسيط: نحن نتحدث عن سرعة الفوتونات وجسيمات الضوء. ما هي سرعة الضوء؟ تصل سرعة الضوء في الفراغ إلى 299,792,458 م/ث. وهذا ثابت عالمي ينطبق في مختلف مجالات الفيزياء.
لنأخذ المعادلة E = mc 2 (E هي الطاقة وm هي الكتلة). وهو ما يعادل الكتلة والطاقة، وذلك باستخدام سرعة الضوء لربط المكان والزمان. هنا لا يمكنك العثور على تفسير للطاقة فحسب، بل يمكنك أيضًا تحديد العوائق التي تحول دون السرعة.
يتم استخدام سرعة موجة الضوء في الفراغ بشكل نشط لأغراض مختلفة. على سبيل المثال، تنص النظرية النسبية الخاصة على أن هذا حد طبيعي للسرعة. لكننا نعلم أن السرعة تعتمد على الوسط والانكسار:
v = c/n (v هي السرعة الفعلية للضوء الذي يمر عبر الوسط، c هي سرعة الضوء في الفراغ و n هو معامل الانكسار). معامل انكسار الهواء هو 1.0003، وسرعة الضوء المرئي أبطأ من سرعة الضوء بمقدار 90 كم/ث.
معامل لورنتز
تظهر الأجسام المتحركة بسرعة خصائص معينة تتعارض مع موقف الميكانيكا الكلاسيكية. على سبيل المثال، تتوسع الاتصالات الطويلة والوقت. عادةً ما تكون هذه التأثيرات ضئيلة، ولكنها تكون أكثر وضوحًا عند هذه السرعات العالية. معامل لورنتز (γ) هو العامل الذي يحدث فيه تمدد الزمن وانكماش الطول:
γ = (1 - ق 2 /ج 2) -1/2 γ = (1 - ق 2 /ج 2) -1/2 γ = (1 - ق 2 /ج 2) -1/2.
عند السرعات المنخفضة، تقترب v 2 /c 2 من 0، و γ تقريبًا = 1. ومع ذلك، عندما تقترب السرعة من c، تزداد γ إلى ما لا نهاية.
تمثيل فني لسفينة فضائية تقفز إلى "سرعة الضوء". الائتمان: ناسا / مركز جلين للأبحاث.
منذ العصور القديمة، سعى الفلاسفة والعلماء إلى فهم الضوء. بالإضافة إلى محاولة تحديد خصائصه الأساسية (أي ما إذا كان جسيمًا أم موجة، وما إلى ذلك)، فقد سعوا أيضًا إلى إجراء قياسات محدودة لمدى سرعة حركته. منذ أواخر القرن السابع عشر، كان العلماء يفعلون ذلك، وبدقة متزايدة.
ومن خلال القيام بذلك، اكتسبوا فهمًا أفضل لميكانيكا الضوء، وكيف يلعب دورًا مهمًا في الفيزياء وعلم الفلك وعلم الكونيات. ببساطة، ينتقل الضوء بسرعات لا تصدق وهو أسرع جسم متحرك في الكون. تعتبر سرعتها حاجزًا ثابتًا وغير قابل للاختراق وتستخدم كمقياس للمسافة. ولكن ما مدى سرعة تحركها؟
سرعة الضوء (ق):
يتحرك الضوء بسرعة ثابتة تبلغ 1,079,252,848.8 كم/ساعة (1.07 مليار). والتي تبين أنها 299,792,458 م/ث. دعونا نضع كل شيء في مكانه. إذا تمكنت من السفر بسرعة الضوء، فيمكنك الدوران حول الكرة الأرضية حوالي سبع مرات ونصف في الثانية. وفي الوقت نفسه، سيستغرق الشخص الذي يطير بسرعة متوسطة تبلغ 800 كيلومتر في الساعة أكثر من 50 ساعة للإبحار حول الكوكب.
رسم توضيحي يوضح المسافة التي يقطعها الضوء بين الأرض والشمس. الائتمان: LucasVB/المجال العام.
دعونا ننظر إلى هذا من وجهة نظر فلكية، متوسط المسافة من إلى 384398.25 كم. ولذلك، فإن الضوء يقطع هذه المسافة في حوالي ثانية واحدة. وفي الوقت نفسه، يبلغ المتوسط 149,597,886 كيلومترًا، مما يعني أن الضوء يستغرق حوالي 8 دقائق فقط للقيام بهذه الرحلة.
فلا عجب إذن أن تكون سرعة الضوء هي المقياس المستخدم لتحديد المسافات الفلكية. عندما نقول أن نجمًا مثل , يبعد عنا 4.25 سنة ضوئية، فإننا نعني أن السفر بسرعة ثابتة تبلغ 1.07 مليار كم/ساعة سيستغرق حوالي 4 سنوات و3 أشهر للوصول إلى هناك. ولكن كيف وصلنا إلى هذه القيمة المحددة للغاية لسرعة الضوء؟
تاريخ الدراسة:
حتى القرن السابع عشر، كان العلماء واثقين من أن الضوء ينتقل بسرعة محدودة، أو بشكل فوري. منذ زمن الإغريق القدماء إلى اللاهوتيين الإسلاميين في العصور الوسطى والعلماء المعاصرين، كان هناك جدل. ولكن حتى ظهور أعمال عالم الفلك الدنماركي أولي رومر (1644-1710)، والتي أجريت فيها القياسات الكمية الأولى.
في عام 1676، لاحظ رومر أن فترات وجود القمر الداخلي لكوكب المشتري آيو تبدو أقصر عندما تقترب الأرض من المشتري مما كانت عليه عندما تبتعد عنه. ومن هنا استنتج أن الضوء ينتقل بسرعة محدودة ويقدر أنه يستغرق حوالي 22 دقيقة لعبور قطر مدار الأرض.
البروفيسور ألبرت أينشتاين في محاضرة يوشيا ويلارد جيبس الحادية عشرة في معهد كارنيجي للتكنولوجيا في 28 ديسمبر 1934، حيث يشرح نظريته القائلة بأن المادة والطاقة هما نفس الشيء في أشكال مختلفة. الائتمان: ا ف ب الصور
استخدم كريستيان هويجنز هذا التقدير ودمجه مع تقدير قطر مدار الأرض ليصل إلى تقدير 220.000 كم/ثانية. كما أفاد إسحاق نيوتن أيضًا بحسابات رومر في كتابه الرائد عام 1706 بعنوان "البصريات". ومن خلال ضبط المسافة بين الأرض والشمس، حسب أن الضوء سيستغرق سبع أو ثماني دقائق للانتقال من واحدة إلى أخرى. وفي كلتا الحالتين كان هناك خطأ صغير نسبيا.
وقد أدت القياسات اللاحقة التي أجراها الفيزيائيان الفرنسيان هيبوليت فيزو (1819-1896) وليون فوكو (1819-1868) إلى تحسين هذه الأرقام، مما أدى إلى قيمة 315000 كم/ثانية. وبحلول النصف الثاني من القرن التاسع عشر، أصبح العلماء على دراية بالعلاقة بين الضوء والكهرومغناطيسية.
تم تحقيق ذلك من قبل الفيزيائيين عن طريق قياس الشحنات الكهرومغناطيسية والكهربائية الساكنة. ثم اكتشفوا أن القيمة العددية كانت قريبة جدًا من سرعة الضوء (كما قاسها فيزو). بناءً على عمله الخاص، الذي أظهر أن الموجات الكهرومغناطيسية تنتشر في الفضاء الفارغ، اقترح الفيزيائي الألماني فيلهلم إدوارد فيبر أن الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية.
وجاء الاختراق الكبير التالي في بداية القرن العشرين. يقول ألبرت أينشتاين في ورقته البحثية المعنونة "في الديناميكا الكهربائية للأجسام المتحركة" أن سرعة الضوء في الفراغ، مقاسة بواسطة راصد له سرعة ثابتة، هي نفسها في جميع الأطر المرجعية القصورية وهي مستقلة عن حركة الجسم. المصدر أو المراقب
يُظهر شعاع الليزر الذي يسطع عبر كوب من الماء عدد التغييرات التي يتعرض لها أثناء انتقاله من الهواء إلى الزجاج إلى الماء والعودة إلى الهواء. الائتمان: بوب كينغ.
وباستخدام هذا البيان ومبدأ النسبية لجاليليو كأساس، استنتج أينشتاين النظرية النسبية الخاصة، والتي تعتبر فيها سرعة الضوء في الفراغ (c) ثابتًا أساسيًا. وقبل ذلك كان الاتفاق بين العلماء على أن الفضاء مملوء بـ"الأثير المضيء" وهو المسؤول عن انتشاره - أي. الضوء الذي يتحرك عبر وسط متحرك سوف يتتبع في ذيل الوسط.
وهذا بدوره يعني أن سرعة الضوء المقاسة ستكون المجموع البسيط لسرعته خلال وسط ما بالإضافة إلى سرعة ذلك الوسط. ومع ذلك، فإن نظرية أينشتاين جعلت مفهوم الأثير الثابت عديم الفائدة وغيرت مفهوم المكان والزمان.
لم يقتصر الأمر على تعزيز فكرة أن سرعة الضوء هي نفسها في جميع إطارات القصور الذاتي، ولكنها اقترحت أيضًا أن تغييرات كبيرة تحدث عندما تتحرك الأشياء بالقرب من سرعة الضوء. وتشمل هذه الإطار الزماني المكاني لجسم متحرك يبدو وكأنه يتباطأ، واتجاه الحركة عندما يكون القياس من وجهة نظر الراصد (أي تمدد الزمن النسبي، حيث يتباطأ الوقت عندما يقترب من سرعة الضوء). .
تتوافق ملاحظاته أيضًا مع معادلات ماكسويل للكهرباء والمغناطيسية مع قوانين الميكانيكا، وتبسيط الحسابات الرياضية عن طريق تجنب الحجج غير ذات الصلة للعلماء الآخرين، وتتوافق مع الملاحظة المباشرة لسرعة الضوء.
ما مدى التشابه بين المادة والطاقة؟
في النصف الثاني من القرن العشرين، أدت القياسات الدقيقة بشكل متزايد باستخدام مقاييس التداخل الليزرية والتجاويف الرنانة إلى تحسين تقديرات سرعة الضوء. بحلول عام 1972، استخدمت مجموعة من المكتب الوطني الأمريكي للمعايير في بولدر، كولورادو، قياس التداخل الليزري للوصول إلى القيمة المقبولة حاليًا وهي 299,792,458 م/ث.
دوره في الفيزياء الفلكية الحديثة:
نظرية أينشتاين القائلة بأن سرعة الضوء في الفراغ لا تعتمد على حركة المصدر والإطار المرجعي بالقصور الذاتي للمراقب تم تأكيدها دائمًا من خلال العديد من التجارب. كما أنه يضع حدًا أعلى للسرعة التي يمكن بها لجميع الجسيمات والموجات عديمة الكتلة (بما في ذلك الضوء) أن تنتقل في الفراغ.
إحدى نتائج ذلك هي أن علماء الكونيات ينظرون الآن إلى المكان والزمان كبنية واحدة تعرف باسم الزمكان، حيث يمكن استخدام سرعة الضوء لتحديد قيمة كليهما (أي السنوات الضوئية والدقائق الضوئية والثواني الضوئية). يمكن أن يكون قياس سرعة الضوء أيضًا عاملاً مهمًا في تحديد تسارع توسع الكون.
في أوائل عشرينيات القرن العشرين، ومع ملاحظات لوميتر وهابل، أصبح العلماء وعلماء الفلك يدركون أن الكون يتوسع من نقطة الأصل. ولاحظ هابل أيضًا أنه كلما كانت المجرة أبعد، كلما كانت حركتها أسرع. ما يسمى الآن بثابت هابل هو السرعة التي يتوسع بها الكون، وهي تساوي 68 كم/ثانية لكل ميغا فرسخ فلكي.
ما مدى سرعة توسع الكون؟
هذه الظاهرة، التي تم تقديمها كنظرية، تعني أن بعض المجرات قد تتحرك بالفعل بسرعة أكبر من سرعة الضوء، مما قد يضع حدًا لما نلاحظه في كوننا. في الأساس، المجرات التي تتحرك بسرعة أكبر من سرعة الضوء ستعبر "أفق الحدث الكوني" حيث لم تعد مرئية لنا.
بالإضافة إلى ذلك، بحلول التسعينيات، أظهرت قياسات الانزياح الأحمر للمجرات البعيدة أن توسع الكون قد تسارع على مدى مليارات السنين القليلة الماضية. وأدى ذلك إلى ظهور نظرية "الطاقة المظلمة"، حيث تقوم قوة غير مرئية بدفع تمدد الفضاء نفسه، بدلا من الأجسام التي تتحرك من خلاله (دون وضع حد لسرعة الضوء أو كسر النسبية).
جنبا إلى جنب مع النسبية الخاصة والعامة، تطورت القيمة الحديثة لسرعة الضوء في الفراغ من علم الكونيات، وميكانيكا الكم، والنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. ويظل ثابتًا عندما يتعلق الأمر بالحد الأعلى الذي يمكن أن تتحرك عنده الجسيمات عديمة الكتلة، ويظل حاجزًا بعيد المنال بالنسبة للجسيمات ذات الكتلة.
ربما سنجد يومًا ما طريقة لتجاوز سرعة الضوء. على الرغم من عدم وجود أفكار عملية حول كيفية حدوث ذلك، يبدو أن "الأموال الذكية" في التكنولوجيا ستسمح لنا بالتحايل على قوانين الزمكان، إما عن طريق إنشاء فقاعات ملتوية (المعروفة أيضًا باسم محرك الاعوجاج Alcubierre) أو حفر الأنفاق عبرها (المعروفة أيضًا باسم. الثقوب الدودية).
ما هي الثقوب الدودية؟
وحتى ذلك الحين، سيتعين علينا ببساطة أن نكتفي بالكون الذي نراه، ونلتزم باستكشاف الجزء الذي يمكن الوصول إليه باستخدام الطرق التقليدية.
عنوان المقال الذي قرأته "ما هي سرعة الضوء؟".
