وفقًا للفيزيائي ألبرت أينشتاين ، مؤلف نظرية النسبية الخاصة. والتي غالبًا ما تستند إليها قوانين الفيزياء الحديثة. لا شيء في الكون يمكنه السفر أسرع من الضوء. تنص النظرية على أن المادة تقترب من سرعة الضوء. تصبح كتلة هذه المادة لانهائية ولكن “مدى سرعة الضوء”.
ما مدى سرعة الضوء
تبلغ سرعة الضوء في الفراغ 299،792 كيلومترًا في الثانية (186،282 ميلًا في الثانية. حوالي 186،282 ميلًا في الثانية) وهذا الرقم هو ثابت عالمي معروف في المعادلات وباختصار “g” ، أو سرعة الضوء.
هذا يعني أن سرعة الضوء تعمل كحد أقصى لسرعة الكون بأسره. سرعة الضوء ثابتة للغاية ، وفقًا للمعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا. يتم استخدامها لتحديد القياسات الدولية مثل العداد (وبالتالي ، الأميال والقدم والبوصة). وكذلك من خلال بعض المعادلات المعقدة. كما أنه يساعد في تحديد الكيلوجرامات والكلفن.
لكن على الرغم من شهرة سرعة الضوء بأنها ثابتة كونية. يقضي العلماء وكتاب الخيال العلمي على حد سواء وقتًا في التفكير في السفر بسرعة تفوق سرعة الضوء. حتى الآن ، لم يتمكن أحد من معرفة كيفية السفر بهذه السرعة.
ما هي السنة الضوئية
الصوت والضوء
السنة الضوئية هي المسافة التي يمكن أن يقطعها الضوء في عام واحد. حوالي 6 تريليون ميل (10 تريليون كيلومتر). إنها إحدى الطرق التي يقيس بها علماء الفلك والفيزياء المسافات الهائلة عبر كوننا.
ينتقل الضوء من القمر إلى أعيننا في حوالي ثانية واحدة. هذا يعني أن القمر يبعد حوالي ثانية ضوئية عن القمر. يستغرق ضوء الشمس حوالي 8 دقائق للوصول إلى أعيننا ، لذا فإن الشمس تبعد حوالي 8 دقائق ضوئية. يتطلب ضوءًا من Alpha Centauri ، أقرب نظام نجمي لنظامنا. يستغرق الوصول إلى هنا ما يقرب من 4 سنوات ، لذلك يقع Alpha Centauri على بعد 4 سنوات ضوئية.
كيف تعلمنا سرعة الضوء من اليونانيين
في وقت مبكر من القرن الخامس ، اختلف الفلاسفة اليونانيون مثل إمبيدوكليس وأرسطو حول طبيعة سرعة الضوء. يعتقد إيمبيدوكليس أن الضوء يجب أن ينتقل ، وبالتالي يجب أن يكون له معدل سفر. كتب أرسطو تفنيدًا لوجهة نظر إمبيدوكليس في أطروحته الخاصة ، حول العقل والعقل. الجدل بأن الضوء ، على عكس الصوت والرائحة ، هو أمر لحظي. كان أرسطو مخطئًا بالطبع ، لكن الأمر سيستغرق مئات السنين حتى يتمكن أي شخص من إثبات ذلك.
جاليليو ونور
في منتصف القرن السابع عشر ، يروي عالم الفلك الإيطالي جاليليو جاليلي أنه كان هناك شخصان على تلال تفصل بينهما مسافة أقل من ميل واحد. كان لدى الجميع فانوس. كشف شخص ما فانوسه. عندما رأى الشخص الآخر النور ، كشفه أيضًا. لكن مسافة جاليليو التجريبية لم تكن كافية للمشاركين فيه لتسجيل سرعة الضوء. لم يستطع إلا أن يستنتج أن الضوء ينتقل أسرع بعشر مرات من الصوت.
عالم الفلك الدنماركي أول رومر
سنة ضوئية
في سبعينيات القرن الثامن عشر ، حاول عالم الفلك الدنماركي أولي رومر إنشاء جدول زمني موثوق به للبحارة في البحر ، ووفقًا لوكالة ناسا ، توصل عن طريق الخطأ إلى أفضل تقدير جديد لسرعة الضوء. لإنشاء ساعة فلكية ، قم بتسجيل التوقيت الدقيق لخسوف قمر المشتري Io من الأرض. بمرور الوقت ، لاحظ رومر أن خسوف أيو غالبًا ما يختلف عن حساباته. لاحظ أن الكسوف بدا وكأنه تأخر أكثر عندما كان المشتري والأرض يبتعدان عن بعضهما البعض ، وظهر مبكرًا عندما اقتربت الكواكب وظهرت في الموعد المحدد عندما كانت الكواكب في أقرب نقطة لها أو أبعدها. في قفزة حدسية ، قرر أن الضوء يستغرق وقتًا طويلاً للانتقال من Io إلى الأرض.
استخدم رومر ملاحظاته لتقدير سرعة الضوء. لأن الحجم الدقيق للنظام الشمسي ومدار الأرض لم يعرف بعد ، وفقًا لورقة بحثية نشرت عام 1998 في المجلة الأمريكية للفيزياء. قدرت حسابات رومر سرعة الضوء بـ 124000 ميل في الثانية (200000 كم / ثانية).
الفيزياء والضوء
في عام 1728 ، أنشأ الفيزيائي الإنجليزي جيمس برادلي مجموعة جديدة من الحسابات حول التغيير في الموقع الظاهري للنجوم بسبب رحلات الأرض حول الشمس. وقدر سرعة الضوء بـ 185.000 ميل في الثانية (301.000 كم / ثانية).
محاولتان جديدتان في منتصف القرن التاسع عشر أعادتا المشكلة إلى الأرض. وضع الفيزيائي الفرنسي Hippolyte Veseau شعاعًا من الضوء على عجلة مسننة تدور بسرعة ، مع مرآة مثبتة على بعد 5 أميال (8 كم) لتعكسها مرة أخرى إلى مصدرها. سمح تغيير سرعة العجلة لـ Fizeau بحساب المدة التي يستغرقها الضوء للانتقال من الفتحة إلى المرآة المجاورة والعودة عبر الفجوة. استخدم عالم فيزيائي فرنسي آخر ، ليون فوكو ، مرآة دوارة بدلاً من عجلة لإجراء نفس التجربة. أثبتت الطريقتان أن سرعة الضوء في حدود 1000 ميل في الثانية (1609 كم / ثانية).
أينشتاين والنسبية الخاصة
في عام 1905 ، كتب ألبرت أينشتاين ورقته الأولى عن النسبية الخاصة. أكد أينشتاين في هذه الورقة أن الضوء ينتقل بنفس السرعة بغض النظر عن السرعة التي يتحرك بها العارض. حتى باستخدام القياسات الأكثر دقة ، تظل سرعة الضوء كما هي بالنسبة لمراقب ثابت يقف على وجه الأرض مقارنة بسرعته عندما يسافر الشخص في طائرة تفوق سرعة الصوت فوق سطحه. وبالمثل ، على الرغم من أن الأرض تدور حول الشمس ، والتي هي نفسها (الشمس) تتحرك حول مجرة درب التبانة ، وهي مجرة تنتقل عبر الفضاء ، فإن السرعة المقاسة للضوء القادم من شمسنا ستكون هي نفسها سواء كان المرء داخل المجرة أو خارجها لحسابه. وبالمثل ، وفقًا لأينشتاين ، لا تختلف سرعة الضوء باختلاف الزمان والمكان.
الدكتور ألبرت أ. ميكلسون والأنبوب الفارغ
في 15 أغسطس 1930 ، في سانتا آنا ، كاليفورنيا ، وقف الدكتور ألبرت ميكلسون جنبًا إلى جنب مع الأنبوب المفرغ الذي يبلغ طوله ميلًا والذي سيتم استخدامه في أحدث قياساته وأكثرها دقة لسرعة الضوء ، وشحذ اهتمامه بالفيزياء أثناء تدرس في الأكاديمية البحرية الأمريكية ، وفقًا لجامعة فيرجينيا.
في عام 1879 ، حاول تكرار طريقة فوكو لتحديد سرعة الضوء ، لكن ميكلسون زاد المسافة بين المرايا واستخدم مرايا وعدسات عالية الجودة. تم قبول نتيجة ميكلسون البالغة 186355 ميلًا في الثانية (299،910 كم / ثانية) باعتبارها القياس الأكثر دقة لسرعة الضوء لمدة 40 عامًا ، حتى أعاد ميكلسون قياسها بنفسه. في الجولة الثانية من تجاربه ، أضاء ميكلسون الأضواء بين قممتين جبليتين على مسافات تم قياسها بعناية للحصول على تقدير أكثر دقة. في محاولته الثالثة قبل وقت قصير من وفاته في عام 1931 ، وفقًا لمجلة الهواء والفضاء الصادرة عن سميثسونيان ، قام ببناء أنبوب طويل لمحاكاة شبه الفراغ الذي من شأنه إزالة أي تأثير للهواء على سرعة الضوء من أجل قياس أكثر دقة ، أقل بقليل. القيمة المقبولة لسرعة الضوء اليوم.
المصدر 1