Kelajuan cahaya

Kelajuan cahaya dalam vakum adalah sama dengan 299,792,458 meter sesaat. Ini adalah lebih kurang 3 × 10⁸ m/s (dalam notasi saintifik) — 300,000 kilometer sesaat, atau 186,000 batu sesaat.

Definisi Jirim

Oleh kerana kelajuan cahaya di dalam vakum adalah malar, jadi adalah baik untuk mengira masa dan jarak dalam ungkapan . Kedua-dua unit SI bagi masa dan unit SI bagi jarak telah didefinisikan dalam ungkapan panjang gelombang dan kitaran cahaya. Satu meter telah didefinisikan dalam ungkapan  pada tahun 1983. Dalam ungkapan c, satu meter telah didefinisikan sebagai 299792458⁻¹c. Ini bersandarkan kepada nilai malar kelajuan cahaya untuk semua pemerhati. Jarak astronomi kadang-kala diukur dalam tahun cahaya, terutamanya dalam teks-teks yang popular.

Komunikasi

Kelajuan cahaya menjadikannya sangat releven untuk komunikasi. Sebagai contoh, diberikan ukur lilit bumi pada ketinggian 40,075 m dan c, masa terpendek yang diperlukan untuk maklumat malalui separuh glob adalah .067 saat.
Telah diketahui bahawa kelajuan cahaya adalah lebih perlahan di dalam gentian optik dan garisan lurus jarang muncul dalam situasi komunikasi, masa yang diperlukan untuk ping dari Australia atau Jepun ke AS dari komputer ke komputer adalah lebih kurang .250 saat.
Kelajuan cahaya juga memberi kesan kepada komunikasi tanpa wayar.

Pembiasan cahaya

Apabila melalui bahan, kelajuan cahaya diperlahankan kurang daripada nilai , dengan nisbah yang dipanggil indek biasan bahan tersebut. Kelajuan cahaya di dalam udara adalah hanya sedikit sahaja kurang daripada . Perantara yang lebih tumpat seperti air dan kaca boleh memperlahankan cahaya dengan lebih banyak, kepeda pecahan 3/4 dan 2/3 daripada . Pada skala mikroskop ini adalah disebabkan oleh penyerapan dan pembebasan foton yang membentuk cahaya oleh atom atau molekul yang dilaluinya.

Eksperimen "Lebih-laju-daripada-cahaya"

Eksperimen baru-baru ini menunjukkan adalah mungkin untuk kelajuan kumpulan mendahului kelajuan cahaya iaitu mengatasi c. Satu eksperimen membuatkan kumpulan kelajuan cahaya laser bergerak pada jarak yang sangat pendek melalui atom caesium pada 300 kali . Walau bagaimanapun, ini tidak memungkinkan kita menggunakan kelajuan hasil darpada teknik ini untuk menghantar maklumat lebih laju daripada ; hasil daripada kumpulan kelajuan dan kelajuan maklumat yang dihantar adalah sama dengan kuasa dua kelajuan cahaya biasa di dalam bahan tersebut.
Mengatasi kumpulan kelajuan cahaya dengan cara ini adalah sama dengan mengatasi kelajuan bunyi dengan mengaturkan orang dengan jarak yang dekat antara satu sama lain, dan menyuruh mereka semua menjerit "Saya di sini!", setiap seorang dengan sela masa yang pendek, setiap seorang mencatat masa dengan melihat jam tangan masing-masing jadi mereka tidak perlu tunggu sehingga mereka mendengar orang lain menjerit.
Kelajuan cahaya juga didapati melebihi pada fenomena yang berkaitan gelombang pengewapan. Sekali lagi, ini adalah tidak mungkin untuk maklumat dihantar pada kelajuan lebih pantas daripada .
Lihat juga: lebih-laju-daripada-cahaya, takion

Eksperimen "Memperlahankan-cahaya"

Pada 1999, satu kumpulan saintis yang diketuai oleh Lene Hau boleh menunjukkan bahawa mereka mampu untuk memperlahankan kelajuan sinaran cahaya kepada lebih kurang 17 meter sesaat. pada 2001, mereka mampu secara sementara memberhentikan sinaran cahaya. Lihat juga kondensasi Bose-Einstein untuk lebih maklumat.
Pada 2003, Mikhail Lukin, dengan saintis di Universiti Harvard dan Lebedev Institute di Moscow, telah berjaya menghentikan sepenuhnya sinaran cahaya dengan melalukannya pada sesuatu jisim gas rubidium yang panas, atom tersebut dalam perkataan Lukin, "[dikatakan] seperti cermin kecil", hasil daripada interferen dalam dua sinaran "kawalan".

Sejarah

Sehingga masa kini, kelajuan cahaya merupakan perkara yang masih kerap diperkatakan. Empedokles memperkatakan bahawa cahaya merupakan sesuatu yang sedang bergerak, jadi ia mengambil masa untuk bergerak. Aristoteles sebaliknya memperkatakan bahawa, "cahaya merupakan sesuatu yang melibatkan kehadiran sesuatu, tetapi ia bukan sesuatu yang bergerak". Selain itu, jika cahaya mempunyai kelajuan yang terhingga, ia mungkin sangat hebat; Aristotle pula memperkatakan bahawa "kekuatan kepercayaan kita adalah amat kuat" untuk mempercayai perkara ini.
Satu daripada teori lama memperkatakan bahawa cahaya dikeluarkan daripada mata, bertentangan bertentangan dengan pendapat yang mengatakan bahawa cahaya dipantulkan pada objek yang lain lalu memasuki mata. Dalam teori ini, Heron dari Alexandria menyambung pernyataan ini dengan memperkatakan bahawa kelajuan cahaya mestilah tidak terhingga, ini disebabkan objek yang jauh seperti bintang muncul dengan serta merta apabila seseorang membuka matanya.

Teori Zaman Pertengahan

Ahli falsafah Islam Avicenna dan Alhazen percaya bahawa cahaya mempunyai kelajuan yang terhad, walaupun kebanyakan ahli falsafah (kecuali dari Aryan) bersetuju dengan Aristotle pada pernyataan ini.
Johannes Kepler percaya bahawa kelajuan cahaya adalah tidak terhingga oleh sebab ruang kosong tidak memberikan sebarang gangguan kepadanya. Francis Bacon memperkatakan bahawa kelajuan cahaya tidak semestinya tidak terhingga, disebabkan sesuatu boleh bergerak terlalu cepat untuk dicerap, seperti peluru senapang. Rene Descartes mengatakan bahawa kelajuan cahaya adalah tidak terhingga, jika tidak, matahari, Bumi dan Bulan akan keluar daripada barisan semasa gerhana bulan. Disebabkan oleh herotan tersebut tidak dicerap, Descartes mengatakan bahawa halaju cahaya adalah tidak terhingga.

Pengukuran kelajuan cahaya

Galileo mencadangkan satu ujikaji untuk mengukur kelajuan cahaya dengan mencerap lampu tanglung dan pengesanannya pada jarak yang jauh darinya. Ujikaji ini telah dilaksanakan oleh Accademia del Cimento di Florence dalam 1667, dengan tanglung dijarakkan lebih kurang satu batu antara satu sama lain. Tiada sela masa diperhatikan. Robert Hooke telah menerangkan akan hasil negatif Descartes dan Galileo dengan menunjukkan bahawa pemerhatian itu bukan disebabkan oleh kelajuan cahaya yang tidak terhingga, tetapi disebabkan kelajuan cahaya yang sangat tinggi.
Pengukuran kelajuan cahaya yang pertama telah dilakukan oleh pada tahun 1676 oleh Ole Rømer, yang telah mengkaji gerakan satelit planet Musytari, Io. Rømer memerhatikan bahawa gerhana Io di Musytari kelihatan lebih cepat apabila bumi mendekati Musytari dan kemudian apabila bumi bergerak menjauhinya. Rømer secara tepatnya telah membuat kesimpulan yang kelewatan ini disebabkan oleh masa yang diambil oleh cahaya untuk melalui jarak yang lebih jauh di antara planet. Pada asas pemerhatiannya, Rømer menganggap yang cahaya mengambil masa 22 minit oleh cahaya untuk merentasi diameter orbit bumi (iaitu dua kali ganda unit astronomi); kiraan yang lebih moden adalah lebih hampir kepada 16 minit dan 40 saat. Pda masa itu, unit astronmi dianggap lebih kurang 140 juta kilometer. Dua hasil tersebut telah tersebut telah dicantumkan oleh Christiaan Huygens, yang menganggap kelajuan cahaya adalah 16 dan 2/3 diameter Bumi sesaat. Ini adalah lebih kurang 220,000 kilometer sesaat, adalah lebih rendah daripada nilai yang diketahui sekarang, tetapi masih jauh lebih pantas daripada mana-mana fenomena fizikal yang diketahui.
Keterhinggaan kelajuan cahaya tidak menjadi kesimpulan keputusan pemerhatian ini, ini disebabkan oleh keputusan perubahan ini boleh disangkal disebabkan oleh sedikit perubahan untuk mengorbit oleh satelit. Walau bagaimanapun, selepas pemerhatian oleh James Bradley (1728) hipotesis bahawa kelajuan cahaya adalah malar telah dipertimbangkan secara diskrit. Bradley mengatakan bahawa sinaran cahaya yang menimpa bumi patut datang pada sudut yang sedikit berbeza, yang mana boleh dikira dengan membezakan kelajuan bumi di dalam orbitnya kepada kelajuan cahaya. Ini adalah "penyimpangan cahaya", seperti ia dipanggil, telah dicerap sebagai 1/200 darjah. Bradley telah mengira bahawa kelajuan cahaya adalah lebih kurang 185,000 batu sesaat. Ini adalah hanya sedikit sahaja kurang daripada nilai yang diketahui dan diterima sekarang.

Bahan rujukan

John David Jackson. Classical electrodynamics. John Wiley & Sons, 2nd edition, 1975; 3rd edition, 1998. ISBN 0-471-30932-X