სინათლის სიჩქარე

სინათლის სიჩქარე (აღნიშვნა: ; მ·წმ−1) — უნივერსალური ფიზიკური მუდმივი სიდიდე, რომელიც ფიზიკის მრავალ სფეროშია მნიშვნელოვანი. იგი ზუსტად 299,792,458 მ/წმ-ს უდრის, ციფრს, რომელიც ზუსტია, ვინაიდან მეტრის სიგრძე გამოითვლება ამ სიდიდიდან და დროის საერთაშორისო სტანდარტიდან. იგი უდრის დაახლოებით 186, 282 მილს წამში. ფარდობითობის სპეციალური თეორიის თანახმად, არის მაქსიმალური სიჩქარე, რომელზეც სამყაროში მოგზაურობენ ენერგია, ნივთიერება თუ ინფორმაცია. ეს არის სიჩქარე, რომელზეც რამე ნივთიერება წონის გარეშე და დაკავშირებული სფეროები (მათ შორის, ელექტრომაგნიტური რადიაცია), როგორიც არის სინათლე, მოძრაობენ ვაკუუმში. იგი აგრეთვე არის გრავიტაციის სიჩქარე. ფარდობითობის თეორიის მიხედვით ურთიერთდაკავშირებულია დროსა და სივრცესთან და აგრეთვე შეტანილია მასისა და ენერგიის ეკვივალენტობის ცნობილ ფორმულაში. = .
სინათლის სიჩქარის ისტორია და თეორია
ადრე, როდესაც მეცნიერებისთვის სინათლის მოძრაობა შეუცნობელი იყო, ისინი ფიქრობდნენ, რომ სინათლის სიჩქარეს არ აქვს ზღვარი. თუმცა, დროდადრო ამ ტალღური ბუნების ნაწილაკების მოძრაობის გაზომვები უფრო და უფრო ზუსტი ხდებოდა. ალბერტ აინშტაინისა და სხვა მეცნიერების ნაშრომების მიხედვით სინათლეს ჩვენს სამყაროში ზღვრული სიჩქარე აქვს (ანუ ელექტრომაგნიტურ უქრთიერთქმედებას, სინათლეც მისი ერთ-ერთი გამოვლინებაა), რომელიც c ასოთი აღინიშნება. c-ს ვერცერთი მასიური (რომელსაც უძრაობის მასა აქვს) სხეული ვერ განავითარებს. მტკიცებულებების მიუხედავად მწერალი ფანტასტები და მეცნიერებიც ცდილობენ თავიანთი ნაწარმოებებითა თუ ალტერნატიული თეორიებით გაასწრონ სინათლეს და სამყაროს ნებისმიერ წერტილისკენ მომენტალურად გადადაგილდნენ.
პირველად, სინათლის სიჩქარის შესახებ აზრი გამოთქვა ბერძენმა ფილოსოფოსმა არისტოტელემ, რომელსაც ამის გამო უთანხმოება მოუვიდა სხვა ბერძენ ფილოსოფოსთან - ემპედოკლესთან (Empedocles). ემპედოკლე ფიქრობდა, რომ რადგანაც სინათლე მოძრაობს, მას უნდა დასჭირდეს გარკვეული დრო გადასაადგილებლად, ხოლო არისტოტელე არ ეთანხმებოდა და ამბობდა, რომ სინათლეს არ აქვს არანაირი სიჩქარე.
1667 წელს, იტალიელმა ასტრონომმა გალილეო გალილეიმ ორი ადამიანი დააყენა გორაკზე ნეხევარ კმ-მდე ნაკლები დაშორებით. თითოეულ ადამიანს ეჭირა დაფარული ფარანი. ერთმა ახსნა საფარი თავის ფარანს; როდესაც მეორემ დაინახა შუქი, მანაც ასევე ახსნა საფარი. იმის დაკვირვებით, თუ რამდენი ხანი დასჭირდა სინათლეს პირველ ფარნიანთან მისვლას, გალილეო ფიქრობდა, რომ ის შეძლებდა გამოეთვალა სინათლის სიჩქარე. მის მიერ შერჩეული მანძილები ძალიან პატარა იყო განსხვავების შესამჩნევად. იტალიელი ასტრონომის აზრით, სინათლის სიჩქარე ბგერის სიჩქარეზე დაახლოებით 10-ჯერ მეტი იყო.
1670-იანებში, დანიელმა ასტრონომმა ოლე რომერმა იუპიტერის მთვარის - იოს ტრანზიტი გამოიყენა როგორც სინათლის სიჩქარის ქრონომეტრი. რამდენიმე თვიანი დაკვირვებებით, როდესაც იომ იუპიტერის უკან ჩაიარა, რომერმა აღმოაჩინა, რომ დაბნელება იმაზე გვიან ხდება, ვიდრე ამას გამოთვლები წინასწარმეტყველებენ. რომერი ფიქრობდა, რომ იოდან წამოსულ სინათლეს რაღაც დრო დასჭირდა დედამიწამდე მოსაღწევად. დაბნელებები ყველაზე მეტად მაშინ იგვიანებდნენ, როდესაც დედამიწა და და იუპიტერი ერთმანეთს უშორესი მანძილით იყვნენ დაშორებულნი, ხოლო დაბნელებები დაგეგმილ დროზე მოდიოდნენ, როდესაც ისინი უახლოეს წერტილში იყვნენ (ერთმანეთის მიმართ). მან ჩათვალა, რომ სინათლე 10-11 წუთს ანდომებს მზიდან დედამიწამდე მოსვლას. სინამდვილეში სინათლეს 8 წუთი უნდა. საბოლოოდ, მეცნიერებს ჰქონდათ რიცხვი, რომელსაც სინათლის სიჩქარისთვის გამოიყენებდნენ - რომერის გამოთვლბით 200 000 კმ/წმ.
1728 წელს, ინგლისელმა ფიზიკოსმა ჯეიმზ ბერდლიმ თავისი გამოთვლები დაამყარა ვარსკვლავების პოზიციის გამოჩენის ცვალებადობაზე, რაც გამოწვეულია დედამიწის მზის გარშემო მოძრაობით. მან გამოთვალა, რომ სინათლის სიჩქარე 301 000 კმ/წმ იყო.
1800-იანებში, ორმა მცდელობამ პრობლემა დააბრუნა დედამიწაზე. ფრანგმა ფიზიკოსმა ჰიპოლიტე ფიზეუმ სინათლის წყარო მიმართა სწრაფად მოძრავ კბილანიან ბორბალზე, რომელსაც სარკე 5 მილის მოშორებით ჰქონდა დამონტაჟებული, რადგან აერეკლა და უკან დაებრუნებინა თავის წყაროსთან. ბორბლის სიჩქარის ცვლილებამ საშუალება მისცა ფიზეუს გამოეთვალა თუ რამდენი ხანი დასჭირდა სინათლეს ხვრელიდან გასვლას - მოპირდაპირე სარკეში და ამ ნახვრეტში ისევ უკან დაბრუნებას. სხვა ფრანგმა ფიზიკოსმა ლეონ ფოკოლტმა მბრუნავი სარკის გამოყენება ამჯობინა ბორბალს. ორი ერთმანეთისაგან დამოუკიდებელი მეთოდი იმაზე მეტყველებდა, რომ სინათლის სიჩქარე 1000 მილი (1600 კმ) იყო წამში.
პრუსიაში დაბადებულმა ალბერტ მაიკელსონმა, რომელიც გაიზარდა აშშ-ში, სცადა ფოკოლტის მეთოდის გამეორება 1879 წელს, მაგრამ მან გამოიყენა უფრო დიდი დისტანცია და ასევე უკიდურესად მაღალი ხარისხის სარკეები და ლინზები. მისი შედეგი იყო 299 910 კილომეტრი წამში. ეს სინათლის სიჩქარის ყველაზე ზუსტი გამოთვლა იყო 40 წელიწადის განმავლობაში.
აინშტაინი და ფარდობითობის სპეციალური თეორია
1905 წელს, ალბერტ აინშტაინმა გამოაქვეყნა ფარდობითობის სპეციალური თეორია. მასში, მან დააწესა, რომ სინათლე მოძრაობს ერთი და იმავე სიჩქარით, დამკვირვებლის მოძრაობის სიჩქარის მიუხედავად. დედამიწა მოძრაობს მზის გარშემო, მზე კი გალაქტიკაში მოძრაობს, ხოლო ჩვენი გალაქტიკა კი სხვა გალაქტიკების მსგავსად კოსმოსში მოძრაობს. გაზომილი სინათლის სიჩქარე იქნება იგივე, რა ადგილზეც უნდა იმყოფებოდეს დამკვირვებელი - გალაქტიკის შიგნით, გარეთ, დედამიწაზე თუ ღრმა კოსმოსში. ასე რომ, აინშტაინის თეორიის მიხედვით, სინათლის სიჩქარე არ იცვლება დროსა და სივრცეში.
სინათლის სიჩქარის გამო სამყარო დროის მანქანას წააგავს. მანძილს, რომელსაც სინათლე ერთ წელიწადში გადის, სინათლის წელიწადი ეწოდება. სინათლის წელიწადი ზომავს ორივეს - დროსაც და მანძილსაც. ეს ისეთი ძნელი გასაგები არაა, როგორიც ბევრს ჰგონია. დაუკვირდით კარგად: მთვარიდან წამოსული სინათლე ჩვენს თვალებამდე 1 წამში აღწევს, რაც იმას ნიშნავს, რომ მთვარე 1 სინათლის წამით არის დაშორებული. მზის შუქი კი 8 წუთს ანდომებს დედამიწამდე მოსვლას და ის 8 სინათლის წუთით არის დაშორებული. უახლოესი ვარსკვლავური სისტემიდან - ალფა კენტავრიდან წამოსულ სინათლეს 4,3 წელიწადი სჭირდება. ანუ ალფა კენტავრი 4,3 სინათლის წელიწადით არის დაშორებული.
ვარსკვლავები და სხვა ობიექტები მზის სისტემის მიღმა, ნებისმიერ ადგილას, რამდენიმე სინათლის წლიდან დაწყებული რამდენიმე მილიარდი სინათლის წლით დამთავრებული არიან დაშორებულნი დედამიწას. აქედან გამომიდანარე, ვთქვათ ასტრონომები სწავლობენ ობიექტს, რომელიც 10 სინათლის წლითაა დაშორებული. ისინი ამ ობიექტს ხედავენ ისეთს, როგორიც იყო ზუსტად 10 წლის წინ. ასე რომ, ჩვენ როდესაც ვიყურებით შორეულ სამყაროში, პირდაპირი მნიშნველობით ჩვენ ვიხედებით წარსულში. ეს პრინციპი ასტრონომებს საშუალებას აძლევს დაინახონ სამყარო, როდესაც ისდიდი აფეთქების დროს გამოიყურებოდა - აფეთქება, რომელიც დაახლოებით 13,7 მილიარდი წლის წინ მოხდა.
სინათლის სიჩქარის მუდმივობა
სინათლე ტალღურად მოძრაობს და ბგერის მსავსად შეიძლება შევანელოთ. მისი შენელება დამოკიდებულია გავრცელების გარემოზე. არაფერს შეუძლია გაუსწორს სინათლის სიჩქარეს ვაკუუმში. თუმცა თუ რეგიონი შეიცავს რამე მატერიას, მტვერსაც კი, სინათლე შეიძლება შენელდეს ნაწილაკებთან კონტაქტის გამო (დრო ხელმეორედ გამოსხივებაზე იკარგება). დედამიწის ატმოსფეროში შემომავალი შუქი თითქმის იმავე სიჩქარით მოძრაობს, რამდენითაც ვაკუუმში, ხოლო ბრილიანტში სინათლე თითქმის ნახევარი სიჩქარით მოძრაობს. მარგალიტში დაახლოებით 124 000 კმ/წმ სიჩქარით მოძრაობს.
შესაძლებელია სინათლეზე სწრაფად ვიმოძრაოთ?
აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორიის თანახმად, ობიექტი რაც უფრო სწრაფად მოძრაობს, მისი მასა უფრო იზრდება, ხოლო მისი სიგრძე კი მცირდება. სინათლის სიჩქარეზე (ფოტონებს არ გააჩნიათ უძრაობის მასა), როდესაც ობიექტს აქვს უსასრულო მასა, მისი სიგრძე ნულს უტოლდება. აქედან გამომდინარე, არც ერთ სხეულს, რომელსაც უძრაობის მასა გააჩნია, არ შეუძლია სინათლის სიჩქარის განვითარება.
რესურსები ინტერნეტში
სინათლის სიჩქარე www.space.com-ზე
Speed of light in vacuum (National Institute of Standards and Technology, NIST)
Definition of the metre (International Bureau of Weights and Measures, BIPM)
Data Gallery: Michelson Speed of Light (Univariate Location Estimation) (download data gathered by A.A. Michelson)
Subluminal (Java applet demonstrating group velocity information limits)
De Mora Luminis at MathPages
Light discussion on adding velocities
Speed of Light (University of Colorado Department of Physics)
c: Speed of Light (Sixty Symbols, University of Nottingham Department of Physics [video])
Usenet Physics FAQ
The Fizeau "Rapidly Rotating Toothed Wheel" Method
სქოლიო
სინათლე
ტალღები
ფიზიკური მუდმივები