Kelajuan cahaya

Kelajuan cahaya dalam vakum adalah sama dengan 299,792,458 meters per saat. Ini adalah lebih kurang 3 × 10⁸ m/s (dalam notasi saintifik) — 300,000 kilometers per saat, atau 186,000 batus per saat.

Menurut kepada teori moden teori fizikal, cahaya dan semua sinaran elektromagnetik bergerak pada kelajuan yang malar di dalam vakum, iaitu kelajuan cahaya. Ia merupakan pemalar fizik dan boleh diwakili oleh ${\displaystyle c}$ (dari perkataab latin Latin celeritas, "kelajuan"). Tidak mengira rangka rujukan oleh pemerhati yang membuat ukuran atau kelajuan objek yang memancarkan cahaya tersebut, setiap pemerhati akan mendapat nilai yang sama untuk untuk kelajuan cahaya tersebut. Tiada maklumat yang boleh bergerak lebih laju daripada ${\displaystyle c}$ tanpa menyalahi sebab dan akibat yang tidak pernah lagi di perhatikan.

Menurut kepada definisi yang paling dominan, didefinisikan pada tahun 1983, kelajuan cahaya adalah benar-benar

c = 299,792,458 meter per saat,

atau lebih kurang 30 sentimeter (12 inci) per nanosaat. Nilai c didefinisikan sebagai kebolehserapan ruang kosong (${\displaystyle \epsilon _{0}}$) dan kebolehaliran ruang kosong (${\displaystyle \mu _{0}}$) dalam (cara efisyen MKSA) unit adalah

${\displaystyle \epsilon _{0}=10^{7}/4\pi c^{2}\quad \mathrm {(in~A^{2}\,s^{4}\,kg^{-1}\,m^{-3})} }$

${\displaystyle \mu _{0}=4\,\pi \,10^{-7}\quad \mathrm {(in~kg\,m\,A^{-2}\,s^{-2})} }$.

Pemalar-pemalar ini wujud dalam persamaan Maxwell's, yang menerangkan pengelektromegnetan.

Oleh kerana kelajuan cahaya di dalam vakum adalah malar, jadi adalah baik untuk mengira masa dan jarak dalam ungkapan ${\displaystyle c}$. Kedua-dua unit SI bagi masa dan unit SI bagi jarak telah didefinisikan dalam ungkapan panjang gelombang dan kitaran cahaya. Pada tahun 1983 satu meter telah didefinisikan dalam ungkapan ${\displaystyle c}$. 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 yang popular.

Kelajuan cahaya manjadikkannya sangat releven untuk komunikasi. Sebagai contoh, diberikan ukur lilit bumi at ketinggian 40,075m dan c, masa terpendek yang diperlukan untuk maklumat malalui separuh glob adalah .067 saat.

Telah diketahui bahawa kelajuan cahaya adalah lebih perlahan di dalam Fiber optik dan garisan lurus jarang muncul dalam situasi komunikasi, masa yang diperlukan masa yang diperlukan untuk ping dari Australia atau Japun ke US komputer ke komputer adalah .250 saat.

kelajuan cahaya juga memberi kesan kepada komunikasi tanpa wayar.

Adalah penting untuk diketahui bahawa kelajuan cahaya buka merupakan "kelajuan muktamat" pemahaman yang biasa. menurut teori relativiti khas, semua pemerhati akan mendapat kelajuan cahaya yang sama. Seorang pemerkhati yang mengejar perembatan sesuatu cahaya akan mendapati bahawa cahaya masih bergerak daripadanya dengan kelajuan pembarisnya. Ini membawa kepada sesuatu yang bercanggah dengan prinsip kelajuan.

Kita semau telah diajar prinsip yang menjadi tagihan dalam prinsip kelajuan: jika dua kereta manghampiri antara satu sama lain, setiap satu bergerak dengan kelajuan 50 batu per jam, kita menjangka yang setiap kereta akan menghampiri antara satu sam lain dengan kelajuan hasil daripada penjumlahan kelajuan kedua-dua kereta ${\displaystyle 50+50=100}$ batu per jam (hingga ke darjah ketepatan yang sangat tinggi).

Pada kelajuan yang menghampiri kalajuan cahaya, walaubagaimanapun, ia menjadi jelas hasil daripada hasil eksperimen yang prinsip ini tidak boleh digunakan lagi. Dua kapal angkas yang menghampiri antara satu sama lain, setiap satu bergerak pada kelajuan 90% daripada kelajuan cahaya relatif kepada pemerhati ketiga yang berada di antara mereka, tidak akan mendapati setiap daripada mereka manghampiri antara satu sama lain pada 90 + 90 = 180% kelajuan cahaya; sebaliknya mendapati kapal yang menghampiri mereka bargerak pada kelajuan kurang daripada 99.5% daripada kelajuan cahaya.

Hasil ini diberikan oleh formula penambahan kelajuan Einstein:

${\displaystyle u={v+w \over 1+vw/c^{2}}}$

dimana ${\displaystyle v}$ dan ${\displaystyle w}$ adalah kelajuan kapal angkasa relatif kepada pemerhati, dan ${\displaystyle u}$ adalah kelajuan yang dikira oleh pemerhati dalam kapal angkasa.

Kontra dengan intuisi biasa kita, tidak mengira apakah kelajuan seseorang pemerhati kepada seseorang pemerhati yang lain, kedua-duanya akan mendapati kelajuan cahaya yang datang sebagai nilai yang malar, iaitu kelajuan cahaya.

Albert Einstein telah menemui teori relativiti dengan mengenakan logik di atas kepada makanik klasik. Pembuktian melalui eksperimen secara langsung dan secara tidak langsung membuktikan yang kelajuan cahaya mempunyai magnitud yang malar, tidak bergantung kepada kelajuan pemerhati.

Apabila melalui material, kelajuan cahaya diperlahankan kurang daripada nilai ${\displaystyle c}$, dengan nisbah yang dipanggil indek biasan material tersebut. kelajuan cahaya di dalam udara adalah hanya sedikit sahaja kurang daripada ${\displaystyle c}$. Medium yang lebih tumpat seperti air dan kaca boleh memperlahankan cahaya dengan lebih banyak, kepeda pecahan 3/4 dan 2/3 daripada ${\displaystyle c}$. Pada skala mikroskopik ini desebabkan oleh penyerapan dan pembebasan photon yang membentuk cahaya oleh atom atau molekul yang dilaluinya.

Eksperimen baru-beru ini menunjukkan adalah mungkin untuk kumpulan kelajuan 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 ${\displaystyle c}$. Walaubagaimanapun, ini tidak mungkin menggunakan kelajuan hasil darpada teknik ini untuk menghantar maklumat lebih laju daripada ${\displaystyle c}$; hasil daripada kumpulan kelajuan dan kelajuan maklumat yang dihantar transfer adalah sama dengan kuasa dua kelajuan cahay biasa di dalam material tersebut.

Mengatas 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 satu dengan sela masa yang pendek, setiap seorang memasa dengan melihai 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 pengwapan. Sekali lagi, ini adalah tidak mungkin untuk maklumat dihantar pada kelajuan lebih pantas daripada ${\displaystyle c}$.

Lihat juga: lebih-laju-daripada-cahaya, tachyon

Pada 1999, satu kumpulan saintis yang diketuai olehLene Hau boleh menunjukkan bahawa mereka mampu untuk memperlahankan kelajuan sinarancahaya kepada lebih kurang 17 meter per saat. pada 2001, mereka mampu secara sementara memberhentikan sinaran cahaya. Lihat juga Bose-Einstein condensate untuk lebih maklumat.

Pada 2003, Mikhail Lukin, dengan saintis di Universiti Harvard dan Lebedev Institute di Moscow, telah dengan jayanya memberhentikan secara sepenuhnya sinaran cahaya dengan melalukannya pada sesuatu jisim gas rubidium yang panas, atom yang, dalam perkataan Lukin, "[dikatakan] seperti cermain yang kecil", hasil daripada paten interferen dalam dua sinaran"kawalan".

Sehingga mas kini, kelajuan cahaya merupakan perkara yang kerap diperkatakan. Empedocles memperkatakan bahawa cahaya merupakan sesuatu yang sedang dalam pergerakan, lalu ia mengambil sedikit masa untuk bergerak. Aristotle memperkatakan bahawa, secara bertentangan, "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 memperkuatkan "kekuatan kepercayaan kita adalah amat kuat" untuk mempercayai perkara ini.

Satu daripada teori lama memperkatakan bahawa cahaya dikeluarkan daripada mata, bertentangan dengan dipantulkan ke dalam mata oleh sumber yang lain. Dalam teoriu ini, Heron of Alexandria mengembangkan pernyataan ini dengan memperkatakan bahawa kelajuan caha mestilah terhingga, disebabkan objek yang jauh seperti bintang muncul dengan serta merta apabila seseorang membuka matanya.

Seorang philosofer islam Avicenna dan Alhazen percaha bahawa cahaya mempunyai kelakjuan yang terhingga, walaupun kebanyakan philosopher 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 kalajuan cahaya tidak semestinya tidak terhingga, disebabkan sesuatu boleh bergerak terlalu cepat untuk dicerap, seperti bebola musket. Rene Descartes mengatakan bahawa kelajuan cahaya adalah terhingga, matahari, Bumi, dan Bulan akan keluar daripada barisan semasa gerhana lunar. Disebabkan oleh herotan tersebut tidak dicerap, Descartes mengatakan bahawa halaju cahaya adalah terhingga. Galileo mencadangkan satu eksperemen untuk mengukur kelajuan cahaya dengan mencerap uncovering a lantern and its perception some distance away . Eksperimen ini telah dilaksanakan oleh Accademia del Cimento di Florence dalam 1667, dengan lanterns dijarakkan lebih kurang satu batu. Tiada sela diperhatikan. Robert Hooke telah menerangkan hasil negatif Descartes dan Galileo dengan menunjukkan bahawa pemerhatian seperti itu bukan disebabkan oleh kelajuan cahaya yang tidak terhingga, tetapi disebabkan kelajuan cahaya yang sangat besar.

Pengkuantitian kelajuan cahaya yang pertama telah dilakukan oleh pada tahun 1676 oleh Ole Rømer, yang telah mengkaji gerakan planet satelit [[Jupiter|]], Io. Rømer memerhatikan bahawa gerhana IO di Jupiter kelihatan lebih cepat apabila bumi mendekati Jupiter dan kemudian apabila bumi bergerak menjauhi. 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 (that is, twice the astronomical unit); kiraan yang lebih moden adalah lebih hampir kepada 16 minit dan 40 saat. Sepanjang masa yang sama, unit astronmi dianggap lebih kurang 140 juta kilometers. Dua hasil tersebut telah tersebut telah dicantumkan oleh Christiaan Huygens, yang menganggap kelajuan cahaya adalah 16 dan 2/3 diameter Bumi per saat. Ini adalah lebih kurang 220,000 kilometers per saat, 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. Walaubagaimanapun, 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 "aberration of light", seperti ia dipanggil, telah dicerap sebagai 1/200 darjah. Bradley telah mengira bahawa kelajuan cahaya adalah lebih kurang 185,000 batu per saat. Ini adalah hanya sedikit kurang daripada nilai yang dikehui dan diterima sekarang.

• Fizeau-Foucault Apparatus
• Galileo Galilei
• Michelson Morley experiment

John David Jackson. Classical electrodynamics. John Wiley & Sons, 2nd edition, 1975; 3rd edition, 1998. ISBN 047130932X

• speed of light in vacuum (at NIST)

• ROEMER, Démonstration touchant le mouvement de la lumière (Rømer's 1676 paper, in French)

• Rømer and the Doppler Principle. (further details on Rømer's result)

• A Brief History of c (more history)

• Historical background. (introductory section of a paper reviewing Michelson's experiments; recommended)

• Data Gallery: Michelson Speed of Light (Univariate Location Estimation) (download data gathered by A.A. Michelson)

• Switching light on and off (news article on stopping light)

• Beam smashes light barrier (news article on group velocity experiment)

• Subluminal (Java applet demonstrating group velocity information limits)