Yorug'lik tezligini o'lchash usullari. Yorug'lik tezligi va uni aniqlash usullari Yorug'lik tezligini o'lchash bo'yicha fizika laboratoriya ishi

Tajribada yorug'likning korpuskulyar xossalari va namoyon bo'lishi (fotoelektr effekti, Kompton - effekt va boshqa hodisalar) kashf etilishi bilan yorug'likning kvant tabiati M. Plank va A. Eynshteyn tomonidan ishlab chiqilgan bo'lib, uning doirasida yorug'lik ikkala to'lqinni ham namoyon qiladi. va korpuskulyar xossalari - korpuskulyar deb ataladigan - to'lqinli dualizm. (Maks Karl Ernst Lyudvig Plank - nemis nazariy fizigi, 1858-1947, 1918 yil nurlanish qonunlarini kashf etgani uchun Nobel mukofoti, Artur Xoti Kompton, amerikalik fizik, 1892-1962, effekti uchun 1927 yil Nobel mukofoti).

Kirish 3
1. Yorug`lik tezligini aniqlash bo`yicha tajribalar. 4
1.1. Birinchi tajribalar. 4
1.1.1. Galiley tajribasi. 4
1.2 Yorug`lik tezligini aniqlashning astronomik usullari. 4
1.2.1. Yupiter oyining tutilishi - Io. 4
1.2.2. Yorug'lik aberatsiyasi. 6
1.3. Yorug'lik tezligini o'lchashning laboratoriya usullari. 7
1.3.1. Sinxron aniqlash usuli. 7
1.4. Muhitda yorug'likning tarqalishi bo'yicha tajribalar. to'qqiz
1.4.1. Arman Fizeau tajribasi. to'qqiz

1.4.3. A. Mishelson va Mishelson tajribalari - Morli. 12
1.4.4 Mishelson tajribasini takomillashtirish. 13
2. Yorug'likning maksimal tezligi. o'n to'rt
2.1. Achinarli tajriba. o'n to'rt
2.2. Bertozzi tajribasi. 15
3. Yorug'likning moddadagi tezligi. 17
4. Taxyonlar. Yorug'lik tezligidan yuqori tezlikda harakatlanadigan zarralar. 17
4.1. Xayoliy massalar. 17
4.2. Sekinlashuv o'rniga tezlashtirish. o'n sakkiz

5. Superluminal tezlik. yigirma
Xulosa 22
Adabiyotlar 23

Ishda 1 ta fayl mavjud

Mavzu bo'yicha kurs ishi:

"Yorug'lik tezligi va uni aniqlash usullari"

Kirish 3

1. Yorug`lik tezligini aniqlash bo`yicha tajribalar. 4

1.1. Birinchi tajribalar. 4

1.1.1. Galiley tajribasi. 4

1.2 Yorug`lik tezligini aniqlashning astronomik usullari. 4

1.2.1. Yupiter oyining tutilishi - Io. 4

1.2.2. Yorug'lik aberatsiyasi. 6

1.3. Yorug'lik tezligini o'lchashning laboratoriya usullari. 7

1.3.1. Sinxron aniqlash usuli. 7

1.4. Muhitda yorug'likning tarqalishi bo'yicha tajribalar. to'qqiz

1.4.1. Arman Fizeau tajribasi. to'qqiz

1.4.2. Fukoning takomillashuvi. o'n

1.4.3. A. Mishelson va Mishelson tajribalari - Morli. 12

1.4.4 Mishelson tajribasini takomillashtirish. 13

2. Yorug'likning maksimal tezligi. o'n to'rt

2.1. Achinarli tajriba. o'n to'rt

2.2. Bertozzi tajribasi. 15

3. Yorug'likning moddadagi tezligi. 17

4. Taxyonlar. Yorug'lik tezligidan yuqori tezlikda harakatlanadigan zarralar. 17

4.1. Xayoliy massalar. 17

4.2. Sekinlashuv o'rniga tezlashtirish. o'n sakkiz

4.3. Salbiy energiya. 19

5. Superluminal tezlik. yigirma

Xulosa 22

Adabiyotlar 23

Kirish

Yorug'likning tabiati haqida qadim zamonlardan beri o'ylangan. Qadimgi mutafakkirlar yorug'lik - bu "atomlar" ning ob'ektlardan kuzatuvchining ko'ziga chiqishi, deb hisoblashgan (Pifagor - miloddan avvalgi 580 - 500 yillar). Shu bilan birga, yorug'likning tarqalishining to'g'riligi aniqlandi, u juda yuqori tezlikda, deyarli bir zumda tarqaladi, deb hisoblangan. XVI-XVII asrlarda R.Dekart (Rene Dekart, fransuz fizigi, 1596-1650), R.Guk (Robert Guk, ingliz fizigi, 1635-1703), X.Gyuygens (Kristian Gyuygens, Gollandiya fizigi1619- ) yorug'likning tarqalishi to'lqinlarning muhitda tarqalishi ekanligidan kelib chiqdi. Isaak Nyuton (Isaak Nyuton, ingliz fizigi, 1643 - 1727) yorug'likning korpuskulyar tabiatini ilgari surdi, ya'ni. yorug'lik - bu jismlar tomonidan ma'lum zarrachalarning chiqarilishi va ularning kosmosda tarqalishi deb hisoblashgan.

1801 yilda T. Yung (Tomas Yung, ingliz fizigi, 1773-1829) yorug'likning interferensiyasini kuzatdi, bu interferensiya va diffraktsiya bo'yicha yorug'lik bilan tajribalar rivojlanishiga olib keldi. Va 1818 yilda O. J. Fresnel (Augustin Jan Fresnel, frantsuz fizigi, 1788-182 7) yorug'lik tarqalishining to'lqin nazariyasini qayta tikladi. D.K. Elektromagnit maydonning umumiy qonunlarini o'rnatgandan so'ng, Maksvell yorug'lik elektromagnit to'lqinlar degan xulosaga keldi. Keyinchalik, "dunyo efiri" gipotezasi ilgari surildi, yorug'lik elektromagnit to'lqinlarning muhitda tarqalishi - "efir". Dunyo efirining mavjudligini tekshirish bo'yicha mashhur tajribalar A.A. Mishelson va E.V. Morli (1837-1923) va yorug'likning harakatlanuvchi vosita bilan hayratga tushishi bilan - A.I. Fizeau. (Albert Abraham Mishelson, amerikalik fizigi, 1852-1931, 1907 yil Nobel mukofoti nozik asboblarni yaratish va ular yordamida amalga oshirilgan spektroskopik va metrologik tadqiqotlar; Armand Hippolyte Lui Fizo, frantsuz fizigi, 1819-1896). Natijada, dunyo efiri (hech bo'lmaganda o'sha paytda fiziklar ishongan ma'noda - qandaydir mutlaq harakatsiz muhit) mavjud emasligi ko'rsatildi.

Shuningdek, ular tabiiy va laboratoriya sharoitida yorug'lik tezligini turli usullar bilan o'lchashga harakat qilishdi.

1. Yorug`lik tezligini aniqlash bo`yicha tajribalar.

1.1. Birinchi tajribalar.

1.1.1. Galiley tajribasi.

Birinchi bo'lib yorug'lik tezligini eksperimental ravishda o'lchashga harakat qilgan italiyalik Galileo Galiley edi. Tajriba quyidagilardan iborat edi: ikki kishi bir-biridan bir necha kilometr uzoqlikdagi tepalik cho'qqilarida turib, panjurlar bilan jihozlangan chiroqlar yordamida signal berishdi. Keyinchalik Florentsiya akademiyasi olimlari tomonidan amalga oshirilgan ushbu tajribani u o'zining "Mexanika va mahalliy harakatga tegishli fanning ikkita yangi tarmog'i bo'yicha suhbatlar va matematik dalillar" (1638 yilda Leydenda nashr etilgan) asarida ifodalagan.

Tajribadan so'ng Galiley yorug'lik tezligi bir zumda, agar bir zumda bo'lmasa, juda yuqori tezlikda tarqaladi degan xulosaga keldi.

O'sha paytda Galileyning ixtiyorida bo'lgan vositalar, albatta, bu masalani osonlik bilan hal qilishga imkon bermadi va u buni to'liq angladi.

1.2 Yorug`lik tezligini aniqlashning astronomik usullari.

1.2.1. Yupiter oyining tutilishi - Io.

OK. Roemer (1676, Ole Kristensen Roemer, golland astronomi, 1644-1710) Yupiterning yo'ldoshi (J) - Io tutilishini kuzatdi, 1610 yilda Galiley tomonidan kashf etilgan (u yana 3 ta Yupiter yo'ldoshini ham kashf etgan). Io sun'iy yo'ldoshining Yupiter atrofidagi orbitasining radiusi 421600 km, sun'iy yo'ldoshning diametri 3470 km (2.1 va 2.2-rasmlarga qarang). Tutilish vaqti = 1,77 kun = 152928 s. OK. Roemer tutilish davriyligining buzilishini kuzatdi va Roemer bu hodisani yorug'lik tarqalishining cheklangan tezligi bilan bog'ladi. Yupiterning Quyosh atrofidagi orbitasining radiusi Rj Yer orbitasining radiusi R3 dan ancha katta, aylanish davri esa taxminan 12 yil. Ya'ni, Yerning yarim aylanishi davomida (olti oy) Yupiter orbitada ma'lum masofada harakat qiladi va agar yorug'lik signalining kelish vaqtini Yupiter soyasidan Io paydo bo'lgan paytdan boshlab belgilasak, u holda yorug'lik 2-holatda 1-holatga qaraganda Yerga ko'proq masofani bosib o'tishi kerak (2.2-rasmga qarang). Io Yerdagi soat bo'yicha Yupiter soyasidan chiqadigan vaqt bo'lsin va bu sodir bo'lgan vaqtning haqiqiy lahzasi bo'lsin. Keyin bizda:

yorug'likning Yergacha bo'lgan masofasi qayerda. Keyingi Io chiqishida bizda shunga o'xshash narsa bor:

yorug'likning Yergacha bo'lgan yangi masofasi qayerda. Io ning Yupiter atrofidagi haqiqiy orbital davri vaqt farqi bilan belgilanadi:

Albatta, bir vaqt davomida, bir tutilish sodir bo'lganda, bu vaqtlarni katta aniqlik bilan aniqlash qiyin. Shuning uchun, Yergacha bo'lgan masofa maksimal qiymatga o'zgarganda, olti oy davomida kuzatishlar o'tkazish qulayroqdir. Bunday holda, haqiqiy tutilish davri olti oy yoki bir yil uchun o'rtacha qiymat sifatida aniqlanishi mumkin. Shundan so'ng, Io soyadan chiqqan vaqtni ketma-ket ikki o'lchovdan so'ng yorug'lik tezligini aniqlashingiz mumkin:

Qiymatlar astronomik hisob-kitoblardan topilgan. Biroq, bu masofa bir tutilishda ozgina o'zgaradi. Olti oy ichida (Yer o'z orbitasining boshqa tomoniga o'tganda) o'lchovlarni olib borish va umumiy tutilish vaqtini olish qulayroqdir:

Bu erda n - bu olti oy davomida tutilishlar soni. Yorug'likning Yerga tarqalishining boshqa barcha oraliq vaqtlari qisqardi, chunki bir tutilishda masofa zaif o'zgaradi. Bu erdan Roemer c = 214300 km / s ga teng yorug'lik tezligini oldi.

1.2.2. Yorug'lik aberatsiyasi.

Astronomiyada aberratsiya — yulduzning osmon sferasidagi koʻrinuvchi holatining oʻzgarishi, yaʼni yorugʻlik tezligining cheksizligi va yulduzning harakati tufayli yulduzga koʻrinadigan yoʻnalishining haqiqiy yoʻnalishidan chetlanishidir. kuzatuvchi. Kundalik aberratsiya Yerning aylanishi bilan bog'liq; yillik - Yerning Quyosh atrofida aylanishi;

dunyoviy - quyosh tizimining kosmosdagi harakati.

Guruch. Yulduzli yorug'likning aberatsiyasi.

Ushbu hodisani tushunish uchun oddiy o'xshatish mumkin. Sokin havoda vertikal ravishda tushgan yomg'ir tomchilari harakatlanayotgan avtomobilning yon oynasida qiya iz qoldiradi.

Yorug'lik aberratsiyasi natijasida yulduzga ko'rinadigan yo'nalish haqiqiy yo'nalishdan aberatsiya burchagi deb ataladigan burchak bilan farq qiladi. Rasm shuni ko'rsatadi

bu erda yulduz yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan Yer harakati tezligining komponenti.

Amalda aberratsiya (yillik) hodisasi quyidagicha kuzatiladi. Har bir kuzatish vaqtida teleskop o'qi yulduzli osmonga nisbatan xuddi shunday tarzda fazoda yo'naltiriladi va yulduz tasviri teleskopning fokus tekisligida o'rnatiladi. Ushbu rasm yil davomida ellipsni tasvirlaydi. Ellipsning parametrlarini va tajriba geometriyasiga mos keladigan boshqa ma'lumotlarni bilib, yorug'lik tezligini hisoblash mumkin. 1727 yilda astronomik kuzatishlar natijasida J. Bredli 2 * = 40,9 ni topdi va qabul qildi.

s = 303000 km / s.

1.3. Yorug'lik tezligini o'lchashning laboratoriya usullari.

1.3.1. Sinxron aniqlash usuli.

Yorug'lik tezligini o'lchash uchun Armand Fizeau (1849) sinxron aniqlash usulini qo'lladi. U N tishli tez aylanadigan diskdan foydalangan (2.3-rasm), ular shaffof bo'lmagan sektorlardir. Bu sektorlar (tishlar) o'rtasida yorug'lik manbadan aks ettiruvchi oynaga o'tib, kuzatuvchiga qaytadi. Bunday holda, sektorlarning o'rta nuqtalari orasidagi burchak

Aylanishning burchak tezligi shunday tanlanganki, yorug'lik disk orqasidagi oynadan aks etgandan so'ng, qo'shni teshikdan o'tayotganda kuzatuvchining ko'ziga kirdi. Diskdan oynaga va orqaga yorug'lik harakati paytida:

kadranni burish burchak hosil qiladi

L masofani, diskning burchak tezligini ō va yorug'lik paydo bo'ladigan burchak △ ph ni bilib, yorug'lik tezligini olish mumkin. Fizeau c = (315300500) km / s ga teng tezlik qiymatini oldi. Tajribachilar yorug'lik tezligining aniqlangan qiymatini taxminan bir xil usullar bilan = (298000500) km / s (1862), keyin = (2997964) km / s (1927 va 1932 yillarda A. Mishelson) bilan olishdi. Keyinchalik, Bergstrand oldi - s = (299793.10.3) km / s.

Bu erda yorug'lik tezligini o'lchashning eng aniq usullaridan birini ta'kidlaymiz - bo'shliq rezonatori usuli, uning asosiy g'oyasi doimiy yorug'lik to'lqinining shakllanishi va rezonator bo'ylab yarim to'lqinlar sonini hisoblashdir. uzunligi. Yorug'lik tezligi c, to'lqin uzunligi l, T davri va chastota n o'rtasidagi asosiy bog'lanishlar quyidagicha:

Bu erda burchak chastotasi ham kiritilgan bo'lib, u amplitudaning ō aylanish burchak tezligidan boshqa narsa emas, agar tebranishlar aylanish harakatining o'qga proyeksiyasi sifatida taqdim etilsa. Doimiy yorug'lik to'lqini paydo bo'lganda, rezonator uzunligiga butun yarim to'lqinlar to'g'ri keladi. Bu raqamni topib, (*) munosabatlaridan foydalanib, yorug'lik tezligini aniqlashingiz mumkin.

So'nggi yutuqlar (1978) yorug'lik tezligi c = 299792,458 km / s = (299792458 1,2) m / s uchun quyidagi qiymatni berdi.

1.4. Muhitda yorug'likning tarqalishi bo'yicha tajribalar.

1.4.1. Arman Fizeau tajribasi.

Armand Fizeau tajribasi (1851). Fizo yorug'likning harakatlanuvchi muhitda tarqalishini ko'rib chiqdi. Buning uchun u turgan va oqayotgan suv orqali yorug'lik nurini o'tkazdi va yorug'lik interferensiyasi fenomenidan foydalanib, interferentsiya naqshlarini taqqosladi, ularni tahlil qilish orqali yorug'lik tarqalish tezligining o'zgarishini baholash mumkin (2.4-rasmga qarang). Yarim shaffof oynadan (1-nur) aks ettirilgan va undan o'tuvchi (2-nur) ikkita yorug'lik nurlari suv bilan trubadan ikki marta o'tadi va keyin ekranda interferentsiya naqshini yaratadi. Birinchidan, ular tik turgan suvda, keyin esa V tezlikda oqayotgan suvda o'lchanadi.

Bunday holda, bitta nur (1) oqim bilan, ikkinchisi (2) - suv oqimiga qarshi harakat qiladi. Interferentsiya chekkalari ikki nur o'rtasidagi yo'l farqining o'zgarishi tufayli siljiydi. Nurlar yo'lidagi farq o'lchanadi va undan yorug'likning tarqalish tezligining o'zgarishi topiladi. Statsionar muhitdagi yorug'lik tezligi ĉ muhitning sindirish ko'rsatkichiga n bog'liq:

Galileyning nisbiylik printsipiga ko'ra, yorug'lik muhitda harakat qiladigan kuzatuvchi uchun tezlik quyidagilarga teng bo'lishi kerak:

Eksperimental ravishda Fizeau suv tezligida V koeffitsienti mavjudligini aniqladi va shuning uchun formula quyidagicha ko'rinadi:

Bu erda * - harakatlanuvchi muhit tomonidan yorug'lik kiritish koeffitsienti:

Shunday qilib, Fizeau tajribasi shuni ko'rsatdiki, tezliklarni qo'shishning klassik qoidasi yorug'likning harakatlanuvchi muhitda tarqalishi uchun qo'llanilmaydi, ya'ni. yorug'lik faqat qisman harakatlanuvchi muhit tomonidan olib tashlanadi. Harakatlanuvchi muhit elektrodinamikasini qurishda Fizo tajribasi muhim rol o‘ynadi.

Bu SRTni asoslash bo'lib xizmat qildi, bu erda * koeffitsienti tezliklarni qo'shish qonunidan olinadi (agar biz o'zimizni n / c ning kichik qiymatiga nisbatan birinchi aniqlik tartibi bilan cheklasak). Ushbu tajribadan kelib chiqadigan xulosa shuki, klassik (Galiley) o'zgarishlar yorug'likning tarqalishiga taalluqli emas.

1.4.2. Fukoning takomillashuvi.

Fizeau o'z o'lchovi natijasini e'lon qilganda, olimlar bu ulkan raqamning ishonchliligiga shubha qilishdi, unga ko'ra yorug'lik Quyoshdan Yerga 8 daqiqada etib boradi va soniyaning sakkizdan birida Yer atrofida ucha oladi. Insonning bunday ibtidoiy asboblar bilan bunday ulkan tezlikni o'lchashi aql bovar qilmaydigan tuyulardi. Yorug'lik 1/36000 soniyada Fizeau oynalari orasida sakkiz kilometrdan ko'proq masofani bosib o'tadimi? Mumkin emas, deyishdi ko'pchilik. Biroq, Fizeau tomonidan olingan raqam Röhmer natijasiga juda yaqin edi. Bu tasodif bo'lishi mumkin emas.

Oradan 13 yil o‘tgach, skeptiklar hali ham shubhalanib, kinoyali so‘zlar aytayotgan bir paytda, parijlik nashriyotchining o‘g‘li, bir paytlar shifokor bo‘lishga hozirlik ko‘rayotgan Jan Bernard Leon Fuko yorug‘lik tezligini biroz boshqacha tarzda aniqladi. U Fizeau bilan bir necha yil ishlagan va tajribasini qanday yaxshilash haqida ko'p o'ylagan. Fouko tishli g‘ildirak o‘rniga aylanuvchi oynadan foydalangan.

Guruch. 3. Fukoni o'rnatish.

Ba'zi yaxshilanishlardan so'ng, Mishelson yorug'lik tezligini aniqlash uchun ushbu qurilmadan foydalangan. Bu qurilmada vites aylanuvchi yassi oyna C bilan almashtiriladi. Agar C oynasi harakatsiz bo'lsa yoki juda sekin aylansa, yorug'lik shaffof ko'zgu B ga qattiq chiziq bilan ko'rsatilgan yo'nalishda aks etadi. Ko'zgu tez aylanganda, aks ettirilgan nur nuqta chiziq bilan ko'rsatilgan joyga o'tadi. Kuzatuvchi okulyar orqali qarab, nurning siljishini o'lchashi mumkin edi. Bu o'lchov unga a burchakning ikki barobar qiymatini berdi, ya'ni. yorug'lik nuri C dan konkav oynaga A ga va orqaga C ga o'tgan vaqt davomida oynaning burilish burchagi. Ko'zguning aylanish tezligini, A dan C gacha bo'lgan masofani va burilish burchagini bilish. ko'zgu C bu vaqt ichida yorug'lik tezligini hisoblash mumkin edi.

Olimlar yorug'lik tezligini o'lchashdan ancha oldin "yorug'lik" tushunchasini aniqlash uchun ko'p mehnat qilishlari kerak edi. Bu haqda birinchilardan bo'lib o'ylagan Arastu yorug'likni kosmosda tarqaladigan harakatchan moddaning bir turi deb hisoblagan. Uning qadimgi Rim hamkasbi va izdoshi Lukretsiy Kar yorug'likning atom tuzilishini ta'kidlagan.

17-asrga kelib yorug'lik tabiatining ikkita asosiy nazariyasi shakllandi - korpuskulyar va to'lqin. Nyuton birinchisining tarafdorlari qatorida edi. Uning fikricha, barcha yorug'lik manbalari eng kichik zarrachalarni chiqaradi. "Parvoz" jarayonida ular yorqin chiziqlar - nurlar hosil qiladi. Uning raqibi golland olimi Kristian Gyuygens yorug'lik to'lqin harakatining bir turi ekanligini ta'kidladi.

Ko'p asrlik tortishuvlar natijasida olimlar bir fikrga kelishdi: ikkala nazariya ham yashash huquqiga ega, yorug'lik esa ko'zga ko'rinadigan elektromagnit to'lqinlarning spektridir.

Biroz tarix. Yorug'lik tezligi qanday o'lchandi

Ko'pgina qadimgi olimlar yorug'lik tezligi cheksiz ekanligiga amin edilar. Biroq, Galiley va Gukning tadqiqotlari natijalari uning chegarasini tan oldi, bu XVII asrda taniqli Daniya astronomi va matematigi Olaf Romer tomonidan aniq tasdiqlangan.

U oʻzining birinchi oʻlchovlarini Yupiter va Yer Quyoshga nisbatan qarama-qarshi tomonlarda joylashgan vaqtda Yupiterning sunʼiy yoʻldoshi Io tutilishini kuzatish orqali amalga oshirdi. Roemer qayd etganidek, Yer Yupiterdan Yer orbitasining diametriga teng masofada uzoqlashishi bilan kechikish vaqti o'zgargan. Maksimal qiymat 22 daqiqa edi. Hisob-kitoblar natijasida u 220 000 km/s tezlikka erishdi.

50 yil o'tgach, 1728 yilda aberratsiyaning kashfiyoti tufayli ingliz astronomi J. Bredli bu ko'rsatkichni 308 000 km / s gacha "tozaladi". Keyinchalik yorug'lik tezligi fransuz astrofiziklari Fransua Argo va Leon Fuko tomonidan o'lchandi, ular "chiqish" da 298 000 km / s tezlikka erishdilar. Bundan ham aniqroq o'lchash texnikasi interferometrni yaratuvchisi, mashhur amerikalik fizik Albert Mishelson tomonidan taklif qilingan.

Mishelsonning yorug'lik tezligini aniqlash tajribasi

Tajribalar 1924 yildan 1927 yilgacha davom etdi va 5 ta kuzatuv seriyasidan iborat edi. Tajribaning mohiyati quyidagicha edi. Los-Anjeles yaqinidagi Uilson tog'ida yorug'lik manbai, oyna va aylanuvchi oktaedral prizma o'rnatildi va 35 km dan keyin San-Antonio tog'ida aks ettiruvchi oyna o'rnatildi. Birinchidan, linza va tirqish orqali yorug'lik yuqori tezlikda ishlaydigan rotor yordamida (528 rp / s tezlikda) aylanadigan prizmaga tushdi.

Tajribalar ishtirokchilari aylanish tezligini yorug'lik manbasining tasviri okulyarda aniq ko'rinib turishi uchun sozlashlari mumkin edi. Cho'qqilar orasidagi masofa va aylanish chastotasi ma'lum bo'lganligi sababli, Mishelson yorug'lik tezligining qiymatini aniqladi - 299796 km / s.

Olimlar 20-asrning ikkinchi yarmida, nurlanish chastotasining eng yuqori barqarorligi bilan ajralib turadigan maserlar va lazerlar yaratilganda, nihoyat, yorug'lik tezligiga qaror qilishdi. 70-yillarning boshiga kelib, o'lchash xatosi 1 km / s ga kamaydi. Natijada, 1975 yilda bo'lib o'tgan Og'irliklar va o'lchovlar bo'yicha XV Bosh konferentsiya tavsiyasiga ko'ra, yorug'likning vakuumdagi tezligi hozirda 299792,458 km / s ga teng deb hisoblashga qaror qilindi.

Yorug'lik tezligi biz uchun erisha oladimi?

Koinotning uzoq burchaklarini o'rganishni katta tezlikda uchadigan kosmik kemalarsiz tasavvur qilib bo'lmasligi aniq. Yorug'lik tezligida kerakli. Lekin bu mumkinmi?

Yorug'lik tezligi to'sig'i nisbiylik nazariyasining oqibatlaridan biridir. Ma'lumki, tezlikni oshirish energiyani ko'paytirishni talab qiladi. Yorug'lik tezligi deyarli cheksiz energiya talab qiladi.

Afsuski, fizika qonunlari bunga mutlaqo qarshi. 300 000 km / s tezlikda kosmik kemada unga qarab uchayotgan zarralar, masalan, vodorod atomlari 10 000 sievert / s ga teng kuchli nurlanishning halokatli manbaiga aylanadi. Bu Katta adron kollayderining ichida bo'lish bilan bir xil.

Jon Xopkins universiteti olimlarining fikriga ko'ra, tabiatda bunday dahshatli kosmik nurlanishdan etarli darajada himoya yo'q. Yulduzlararo chang ta'siridan eroziya kemaning yo'q qilinishini yakunlaydi.

Yorug'lik tezligi bilan bog'liq yana bir muammo - vaqtning kengayishi. Shu bilan birga, keksalik ancha uzayadi. Vizual maydon ham egrilikka uchraydi, buning natijasida kemaning traektoriyasi xuddi tunnel ichidan o'tib ketadi, uning oxirida ekipaj yorqin chaqnashni ko'radi. Kema orqasida mutlaq zulmat qoladi.

Shunday qilib, yaqin kelajakda insoniyat o'zining yuqori tezlikdagi "ishtahasini" yorug'lik tezligining 10 foizi bilan cheklashi kerak. Bu Yerga eng yaqin yulduz - Proksima Sentavrning (4,22 yorug'lik yili) uchishi uchun taxminan 40 yil kerak bo'lishini anglatadi.

Yorug'lik tezligini o'lchashning turli usullari mavjud, jumladan astronomik va turli xil eksperimental usullardan foydalanish. O'lchov aniqligi BILAN muttasil ortib bormoqda. Jadvalda yorug'lik tezligini aniqlash bo'yicha eksperimental ishlarning to'liq bo'lmagan ro'yxati mavjud.

sana

Tajriba

Eksperimental usullar

O'lchov natijalari, km / s

1676

1725

1849

1850

1857

1868

1875

1880

1883

1901

1907

1928

1932

1941

1952

Roemer

Bredli

Fizeau

Fuko

Weber-Kohlrausch

Maksvell

Kornu

Mishelson

Tomson

Newcomb

Perrotin

Rose va Dorsi

Mittelyptedt

Piz va Pearson

Anderson

Froome

Yupiter oyining tutilishi

Yorug'lik aberatsiyasi

Harakatlanuvchi jismlar

Aylanadigan nometall

Elektromagnit konstantalar

Aylanadigan nometall

Elektromagnit konstantalar

Aylanadigan nometall

Elektromagnit konstantalar

Kerr yopilish xujayrasi

Aylanadigan nometall

Kerr yopilish xujayrasi

Mikroto'lqinli interferometriya

214 459

308 000

313 290

298 000

310 000

288 000

299 990

299 910

282 000

299 880

299 777

299 784

299 778

299 774

299 782

299 792.45

Yorug'lik tezligini birinchi muvaffaqiyatli o'lchash 1676 yilga to'g'ri keladi.

Rasmlarda rasmning o'zi reproduktsiyasi ko'rsatilgan Romer, shuningdek sxematik talqini.

Roemerning astronomik usuli o'lchovga asoslangan tezlik Yupiter sun'iy yo'ldoshlarining tutilishining Yer kuzatuvlaridan olingan yorug'lik... Yupiterning bir nechtasi borYerdan Yupiter yaqinida ko'rinadigan yoki yo'ldoshlar haqida

uning soyasida yashiringan.Spuning astronomik kuzatishlariYupiterning tniklari o'rtacha vaqt oralig'ini ko'rsatadiYupiterning har qanday ma'lum sun'iy yo'ldoshining ikkita ketma-ket tutilishi orasidagi vaqt kuzatishlar davomida Yer va Yupiter bir-biridan qanchalik uzoqda joylashganiga bog'liq. Suratda: Roemer usuli. S - quyosh, U - Yupiter, W - yer.

Vaqtning ma'lum bir daqiqasida Yerga ruxsat beringZ1 va Yupiter J1 qarama-qarshi bo'lib, ayni paytda Yerdan kuzatilgan Yupiterning sun'iy yo'ldoshlaridan biri Yupiter soyasida yo'qoladi (sun'iy yo'ldosh rasmda ko'rsatilmagan). U holda, agar biz Yupiter va Yer orbitalarining radiuslarini R va r bilan va c bilan - tezlikni belgilasak. va in Quyosh bilan bog'liq bo'lgan koordinatalar tizimida C, Yerda, sun'iy yo'ldoshning Yupiter soyasiga ketishi Yupiter bilan bog'liq bo'lgan vaqt oralig'ida sodir bo'lganidan (R-r) / s sekunddan keyin qayd etiladi.

0,545 yildan so'ng Yer Z2 va Yupiter U2 birlashadi. Agar bu vaqtda Yupiterning o'sha sun'iy yo'ldoshining n-chi tutilishi sodir bo'lsa, u Yerda (R + r) / s sekundlik kechikish bilan qayd etiladi. Demak, agar sun’iy yo‘ldoshning Yupiter atrofida aylanish davri t bo‘lsa, Yerdan kuzatilgan birinchi va n- tutilishlar orasidagi vaqt oralig‘i T1 ga teng bo‘ladi.

Yana 0,545 yildan keyin Yer Z3 va Yupiter J3 yana qarama-qarshilikda bo'ladi. Bu vaqt ichida sun'iy yo'ldoshning Yupiter atrofida (n-1) aylanishlari va (n-1) tutilishlar sodir bo'ldi, ulardan birinchisi Yer va Yupiter Z2 va Yu2 pozitsiyalarini egallaganida, oxirgisi esa - ular pozitsiyalarni egallaganida sodir bo'ldi. Z3 va Yu3. Birinchi tutilish Yerda kechikish (R+r)/s, oxirgisi esa sun’iy yo‘ldosh Yupiter sayyorasi soyasiga kirgan paytlarga nisbatan kechikish (R-r)/s bilan kuzatilgan. Shuning uchun, bu holda biz bor

Roemer T1 va T2 vaqt oralig'ini o'lchadi va T1-T2 = 1980 s ekanligini aniqladi. Ammo yuqorida yozilgan formulalardan kelib chiqadiki, T1-T2 = 4r / s, shuning uchun c = 4r / 1980 m / s. Erdan Quyoshgacha bo'lgan o'rtacha masofa 1 500 000 000 km ga teng bo'lgan r ni olib, biz yorug'lik tezligi uchun 3,01 * 10 6 m / s qiymatni topamiz.

Bu natija yorug'lik tezligining birinchi o'lchovi edi.

1725 g. Jeyms Bredli zenitda (ya'ni to'g'ridan-to'g'ri tepada) joylashgan Ajdaho yulduzi diametri 40,5 yoy sekundiga teng bo'lgan deyarli aylana orbita bo'ylab bir yil davomida aniq harakat qilishini aniqladi. Falakning boshqa joylarida ko'rinadigan yulduzlar uchun Bredli ham xuddi shunday ko'rinadigan harakatni kuzatdi - odatda elliptik.

Bredli kuzatgan hodisa aberratsiya deb ataladi. Yulduzning o'z harakati bilan hech qanday aloqasi yo'q. Aberratsiyaning sababi shundaki, yorug'lik tezligining kattaligi chekli bo'lib, kuzatish Yerdan o'z orbitasi bo'ylab ma'lum bir v tezlikda harakatlanayotganda amalga oshiriladi.

Yulduzning ko'rinadigan traektoriyasi Yerdan ko'rinadigan konusning ochilish burchagi quyidagi ifoda bilan aniqlanadi: tga = n / c

Burchakni bilish α va Yer orbitasining tezligi v, yorug'lik tezligini aniqlash mumkin c.

U yorug'lik tezligining qiymatini 308 000 km / s ga oldi.

1849 yilda birinchi marta yorug'lik tezligini aniqlash laboratoriya sharoitida amalga oshirildi. A. Fizeau... Uning usuli tishli g'ildirak usuli deb nomlangan. Uning usulining o'ziga xos xususiyati yorug'lik oqimining muntazam uzilishi (tishli g'ildirak) orqali amalga oshiriladigan signalni boshlash va qaytarish momentlarini avtomatik tarzda qayd etishdir.

Rasmda tishli g'ildirak usuli bilan yorug'lik tezligini aniqlash uchun tajriba diagrammasi ko'rsatilgan.

Manbadan keladigan yorug'lik to'xtatuvchidan (aylanuvchi g'ildirakning tishlari) o'tib, oynadan aks ettirilib, yana tishli g'ildirakka qaytdi. G'ildirak va oyna orasidagi masofani, g'ildirakning tishlari sonini, aylanish tezligini bilib, siz yorug'lik tezligini hisoblashingiz mumkin.

D masofasini, tishlar sonini z, aylanishning burchak tezligini (sekundiga aylanishlar soni) v bilib, yorug'lik tezligini aniqlashimiz mumkin. U 313 000 km/s tezlikka erishdi.

Butun umri davomida amerikalik fizik Albert Abraham Mishelson(1852-1931) yorug'lik tezligini o'lchash usulini takomillashtirdi. Borgan sari murakkab o'rnatishlarni yaratib, u minimal xato bilan natijalarni olishga harakat qildi. 1924-1927 yillarda Mishelson Uilson tog'ining tepasidan San-Antonio cho'qqisiga (taxminan 35 km masofa) yorug'lik nuri yuborilgan tajriba sxemasini ishlab chiqdi. Aylanadigan deklanşör uchun o'ta aniqlik bilan ishlab chiqarilgan va soniyada 528 inqilobgacha aylanadigan maxsus mo'ljallangan yuqori tezlikda ishlaydigan rotor tomonidan boshqariladigan aylanadigan oyna ishlatilgan.

Rotorning aylanish chastotasini o'zgartirib, kuzatuvchi okulyarda yorug'lik manbasining barqaror tasvirining ko'rinishiga erishdi. O'rnatishlar orasidagi masofani va oynaning aylanish chastotasini bilish yorug'lik tezligini hisoblash imkonini berdi.

1924 yildan 1927 yil boshigacha beshta mustaqil kuzatishlar seriyasi o'tkazildi, masofani va rotor tezligini o'lchashning aniqligi oshirildi. O'rtacha o'lchov natijasi sekundiga 299 798 km.

Mishelsonning barcha o'lchovlari natijalarini c = (299796 ± 4) km / s sifatida yozish mumkin.

Yuqori rasmda Mishelson tajribasining diagrammasi ko'rsatilgan. Pastki rasmda tajribaning soddalashtirilgan diagrammasi ko'rsatilgan. Foydalanuvchi sakkiz burchakli prizmaning aylanish chastotasini o'zgartirishi, yorug'lik impulsining harakatini kuzatishi va uni kuzatuvchining okulyariga tushishi mumkin.

Chastotani 2 s -1 qadamda soniyasiga 0 dan 1100 aylanishgacha o'zgartirish mumkin. Tajribada chastotani o'rnatishni osonlashtirish uchun qo'pol tezlikni boshqarish tugmasi amalga oshirildi, chastota oynasining o'ng tomonidagi qo'shimcha tugmalar yordamida aniqroq sozlamalar o'rnatilishi mumkin. Optimal natijalar 528 va 1056 rpsda erishiladi. 0 aylanishda statik yorug'lik nuri manbadan kuzatuvchiga tortiladi.

Yorug'likning ko'rinishi kuzatuvchi tomonidan 528 s -1 oyna aylanish chastotasida qayd etilgan tajriba uchun yorug'lik tezligini hisoblash misoli.

Bu erda n va T - oktaedral prizmaning aylanish chastotasi va davri, t 1 - yorug'lik nurining L masofani bir o'rnatishdan ikkinchisiga o'tishi va orqaga qaytishi uchun zarur bo'lgan vaqt, shuningdek, bittasining aylanish vaqti. oynaning yuzi.

www.school-collection.edu.ru sayti materiallari asosida

Yorug'lik tezligini aniqlashning laboratoriya usullari asosan Galiley usulini takomillashtirishdir.

a) uzilish usuli.

Fizeau (1849) birinchi marta laboratoriya sharoitida yorug'lik tezligini aniqlashni amalga oshirdi. Uning usulining o'ziga xos xususiyati yorug'lik oqimini (tishli g'ildirak) muntazam ravishda uzib qo'yish orqali amalga oshiriladigan signalni boshlash va qaytarish momentlarini avtomatik tarzda qayd etishdir. Fizeau tajribasining sxemasi rasmda ko'rsatilgan. 9.3. Manbadan yorug'lik S aylanuvchi g'ildirakning tishlari orasiga kiradi V oynaga M va orqaga o'girilib, kuzatuvchiga yana tishlar orasidan o'tishi kerak. Qulaylik uchun, ko'zoynak E, kuzatish uchun xizmat qiluvchi, qarama-qarshi qo'yilgan a va yorug'lik dan aylanadi S Kimga V shaffof oyna yordamida N... Agar g'ildirak aylansa va bundan tashqari yorug'lik harakati paytida shunday burchak tezligi bilan a Kimga M va orqaga tishlar o'rnida tirqishlar bo'ladi va aksincha, keyin qaytarilgan yorug'lik okulyarga o'tmaydi va kuzatuvchi yorug'likni ko'rmaydi (birinchi tutilish). Burchak tezligi ortishi bilan nur kuzatuvchiga qisman etib boradi. Agar tishlar va bo'shliqlarning kengligi bir xil bo'lsa, u holda ikki barobar tezlikda yorug'lik maksimal bo'ladi, uch marta tezlikda ikkinchi tutilish bo'ladi va hokazo. Masofani bilish aM=D, tishlar soni z, aylanishning burchak tezligi (sekundiga aylanishlar soni) n, siz yorug'lik tezligini hisoblashingiz mumkin.

Guruch. 9.3. Uzilish usuli tajribasi sxemasi.

Yoki bilan=2Dzn.

Aniqlashdagi asosiy qiyinchilik tutilish momentini aniq belgilashda yotadi. Aniqlik masofa bilan ortadi D va yuqori tartibli tutilishlarni kuzatish imkonini beruvchi uzilish tezligida. Shunday qilib, Perrotin o'z kuzatuvlarini o'tkazdi D= 46 km va 32-tartibdagi tutilishni kuzatdi. Bunday sharoitda yuqori diafragmali qurilmalar, toza havo (tog'larda kuzatuvlar), yaxshi optika va kuchli yorug'lik manbai talab qilinadi.

Yaqinda aylanadigan g'ildirak o'rniga yorug'likni to'xtatishning boshqa, yanada ilg'or usullari muvaffaqiyatli qo'llanildi.

b) aylanuvchi oyna usuli.

Fuko (1862) ikkinchi usulni muvaffaqiyatli amalga oshirdi, uning printsipi Arago tomonidan havodagi yorug'lik tezligini boshqa muhitdagi (suv) yorug'lik tezligi bilan solishtirish uchun ilgari (1838) taklif qilingan. Usul aylanadigan oyna yordamida qisqa vaqt oralig'ini juda ehtiyotkorlik bilan o'lchashga asoslangan. Tajribaning sxemasi rasmda aniq ko'rinadi. 9.4. Manbadan yorug'lik S linza tomonidan boshqariladi L aylanuvchi oynada R, undan ikkinchi oyna yo'nalishida aks ettirilgan BILAN va 2-yo'lni bosib o'tib, orqaga qaytadi CR=2D davomida t... Bu vaqt oynaning burilish burchagi bilan baholanadi R aylanish tezligi aniq ma'lum bo'lgan; burilish burchagi qaytarilgan yorug'lik tomonidan berilgan nuqtaning siljishini o'lchashdan aniqlanadi. O'lchovlar ko'zoynak yordamida amalga oshiriladi E va shaffof plastinka M oldingi usulda bo'lgani kabi bir xil rol o'ynaydi; S 1 - sobit oynali quyonning holati R, S " 1 - oyna aylanganda. Foucault o'rnatishning muhim xususiyati oyna sifatida foydalanish edi BILAN konkav sferik oyna, egrilik markazi aylanish o'qida yotgan R... Shu tufayli yorug'lik dan aks etadi R Kimga BILAN, har doim qaytib kelgan R; tekis oynadan foydalanganda BILAN bu faqat ma'lum bir o'zaro orientatsiya bilan sodir bo'ladi R va BILAN nurlar aks ettirilgan konusning o'qi normal joylashganda BILAN.

Fuko, Aragoning dastlabki rejasiga muvofiq, o'z qurilmasi yordamida suvdagi yorug'lik tezligini aniqlashni ham amalga oshirdi, chunki u masofani qisqartirishga muvaffaq bo'ldi. RS 4 m gacha, oynaga soniyada 800 aylanishni beradi. Fuko o'lchovlari yorug'likning to'lqin nazariyasi g'oyalariga muvofiq, suvdagi yorug'lik tezligi havoga qaraganda kamroq ekanligini ko'rsatdi.

Oxirgi (1926) Mishelson o'rnatilishi ikkita tog 'cho'qqisi o'rtasida amalga oshirildi, natijada masofa bo'ladi. D»35,4 km (aniqrog'i 35 373,21 m). Oyna sifatida 528 rev / s tezlikda aylanadigan oktaedral po'lat prizma xizmat qildi.

Yorug'likning to'liq yo'l ochish vaqti 0,00023 s ni tashkil etdi, shuning uchun oyna 1/8 burilishga ulgurdi va yorug'lik prizma chetiga tushdi. Shunday qilib, nuqtaning siljishi nisbatan ahamiyatsiz edi va uning pozitsiyasini aniqlash Fukoning birinchi tajribalarida bo'lgani kabi, asosiy o'lchov qiymati emas, balki tuzatish rolini o'ynadi, bu erda butun siljish atigi 0,7 mm ga etdi.

Radio to'lqinlarining tarqalish tezligining juda aniq o'lchovlari ham amalga oshirildi. Bunday holda, radio-geodeziya o'lchovlari ishlatilgan, ya'ni. aniq triangulyatsiya o'lchovlari bilan parallel ravishda radio signallari yordamida ikki nuqta orasidagi masofani aniqlash. Vakuumga tushirilgan ushbu usul bilan olingan eng yaxshi qiymat c = 299 792 ± 2,4 km / s ni tashkil qiladi. Nihoyat, radioto'lqinlarning tezligi silindrsimon rezonatorda hosil bo'lgan doimiy to'lqinlar usuli bilan aniqlandi. Nazariya rezonatorning o'lchamlari va uning rezonans chastotasi haqidagi ma'lumotlarni to'lqinlar tezligi bilan bog'lash imkonini beradi. Tajribalar evakuatsiya qilingan rezonator bilan amalga oshirildi, shuning uchun vakuumni kamaytirish talab qilinmadi. Ushbu usul bilan olingan eng yaxshi qiymat s = 299 792,5 ± 3,4 km / s.

v) yorug'likning faza va guruh tezligi.

Ushbu o'lchovlarni qisqa muddatda amalga oshirish imkonini beruvchi yorug'lik tezligini aniqlashning laboratoriya usullari yorug'likning turli muhitlarda tezligini aniqlashga va shuning uchun yorug'likning sinishi nazariyasi munosabatlarini tekshirishga imkon beradi. Ko'p marta aytib o'tilganidek, Nyuton nazariyasida yorug'likning sinishi ko'rsatkichi n= gunoh i/ gunoh r=υ 2 /υ 1 va to'lqinlar nazariyasida n= gunoh i/ gunoh r=υ 1 /υ 2, qayerda υ 1 - birinchi muhitdagi yorug'lik tezligi va υ 2 - ikkinchi muhitdagi yorug'lik tezligi. Arago, shuningdek, bu farqda eksperimentum crucis imkoniyatini ko'rdi va keyinchalik Fuko tomonidan amalga oshirilgan eksperiment g'oyasini taklif qildi, u Gyuygensning havo va suvdagi yorug'lik tezligi nisbati uchun qiymat topdi. Nyuton nazariyasidan kelib chiqqanidek emas, balki nazariya.

Sinishi indeksining an'anaviy ta'rifi n= gunoh i/ gunoh r=υ 1 /υ Ikki muhit chegarasida to'lqin normal yo'nalishining o'zgarishidan 2 bu ikki muhitdagi to'lqinning faza tezligining nisbatini beradi. Biroq, faza tezligi tushunchasi faqat qat'iy monoxromatik to'lqinlarga nisbatan qo'llaniladi, ular haqiqatda amalga oshirilmaydi, chunki ular vaqt ichida cheksiz mavjud bo'lishi va kosmosda cheksiz yig'lashi kerak edi.

Haqiqatda, biz doimo vaqt va makonda cheklangan, ko'proq yoki kamroq murakkab impulsga egamiz. Bunday impulsni kuzatishda biz uning har qanday o'ziga xos joyini ajratib ko'rsatishimiz mumkin, masalan, elektromagnit impuls bo'lgan ushbu elektr yoki magnit maydonning maksimal tarqalish joyi. Pulsning tezligi har qanday nuqtaning tarqalish tezligi bilan aniqlanishi mumkin, masalan, maksimal maydon kuchi nuqtasi.

Biroq, vosita (vakuum bundan mustasno) odatda dispersiya bilan tavsiflanadi, ya'ni. monoxromatik to'lqinlar uzunligiga qarab turli faza tezligida tarqaladi va puls deformatsiyalana boshlaydi. Bunday holda, impuls tezligi haqidagi savol yanada murakkablashadi. Agar dispersiya juda katta bo'lmasa, u holda impuls deformatsiyasi sekin sodir bo'ladi va biz to'lqin impulsidagi ma'lum bir maydon amplitudasining harakatini kuzatishimiz mumkin, masalan, maksimal maydon amplitudasi. Biroq, impulsning harakat tezligi, Rayleigh nomi bilan atalgan guruh tezligi, uni tashkil etuvchi har qanday monoxromatik to'lqinning faza tezligidan farq qiladi.

Hisoblashning soddaligi uchun biz impulsni cheksiz sonli yaqin sinusoidlar to'plami sifatida emas, balki chastotasi yaqin bo'lgan bir xil amplitudali ikkita sinusoidlar to'plami sifatida ko'rib chiqamiz. Ushbu soddalashtirish bilan hodisaning asosiy belgilari saqlanib qoladi. Shunday qilib, bizning impulsimiz yoki ular aytganidek, to'lqinlar guruhi ikkita to'lqindan iborat.

bu erda amplitudalar teng deb olinadi va chastotalar va to'lqin uzunliklari bir-biridan ozgina farq qiladi, ya'ni.

qayerda va kichik qiymatlar. Impuls (to'lqinlar guruhi) da miqdori bor da 1 va da 2, ya'ni.

Belgilanishni kiritib, biz impulsimizni shaklda ifodalaymiz, bu erda A doimiy emas, balki vaqt va makonda o'zgaradi, lekin sekin o'zgaradi, chunki δω va dk- kichik (ga nisbatan ω 0 va κ 0) qiymatlar. Shuning uchun, nutqning ma'lum bir beparvoligini hisobga olsak, biz impulsimizni asta-sekin o'zgaruvchan amplitudali sinusoid deb hisoblashimiz mumkin.

Shunday qilib, impulsning tezligi (guruh), Reyliga ko'ra, deyiladi guruh tezligi, harakat tezligi mavjud amplitudalar va shuning uchun energiya harakatlanuvchi impuls orqali amalga oshiriladi.

Shunday qilib, monoxromatik to'lqin faza tezligi bilan tavsiflanadi υ=ω /κ , bu harakat tezligini bildiradi bosqichi, va impuls guruh tezligi bilan tavsiflanadi u = dō/dk bu impulsning maydon energiyasining tarqalish tezligiga mos keladi.

O'rtasidagi aloqani topish qiyin emas u va υ ... Haqiqatdan ham,

yoki, shundan beri va shuning uchun

bular. nihoyat

(Rayleigh formulasi).

O'rtasidagi farq u va υ qanchalik muhim bo'lsa, farq shunchalik katta bo'ladi du/dl... Farq bo'lmaganda ( du/dl= 0) bizda bor u = y... Bu holat, yuqorida aytib o'tilganidek, faqat vakuum uchun sodir bo'ladi.

Rayleigh ko'rsatdiki, yorug'lik tezligini aniqlashning taniqli usullarida biz texnikaning mohiyatiga ko'ra uzluksiz davom etadigan to'lqin bilan shug'ullanmaymiz, lekin biz uni kichik segmentlarga ajratamiz. Uzilish usulida tishli g'ildirak va boshqa to'xtatuvchilar zaiflashtiruvchi va ortib borayotgan yorug'lik qo'zg'alishini beradi, ya'ni. to'lqinlar guruhi. Vaziyat Rohmer usulida ham xuddi shunday bo'lib, yorug'lik davriy o'chirishlar bilan uzilib qoladi. Aylanadigan oyna usulida, yorug'lik, shuningdek, oyna etarli darajada aylantirilganda kuzatuvchiga etib borishni to'xtatadi. Bu barcha holatlarda biz dispersiv muhitda faza tezligini emas, balki guruh tezligini o'lchaymiz.

Reylining fikricha, yorug'lik aberatsiyasi usulida biz darhol faza tezligini o'lchaymiz, chunki u erda yorug'lik sun'iy ravishda uzilmaydi. Biroq, Ehrenfest (1910) yorug'likning aberratsiyasini kuzatish Fizeau usulidan printsipial jihatdan farqlanmasligini ko'rsatdi, ya'ni. guruh tezligini ham beradi. Darhaqiqat, aberatsiya tajribasini quyidagicha umumlashtirish mumkin. Teshiklari bo'lgan ikkita disk umumiy o'qga mahkam o'rnatiladi. Nur bu teshiklarni bog'laydigan chiziq bo'ylab yuboriladi va kuzatuvchiga etib boradi. Keling, butun apparatni tez aylanishga keltiraylik. Yorug'lik tezligi chekli bo'lgani uchun yorug'lik ikkinchi teshikdan o'tmaydi. Yorug'likni uzatish uchun bir diskni boshqasiga nisbatan disklar va yorug'lik tezligining nisbati bilan belgilanadigan burchak bilan aylantirish kerak. Bu odatiy aberatsiya tajribasi; ammo, bu Fizeau tajribasidan farq qilmaydi, unda teshiklari bo'lgan ikkita aylanadigan disk o'rniga bitta disk va nurlarni aylantirish uchun oyna mavjud, ya'ni. asosan ikkita disk: haqiqiy va uning sobit oynada aks etishi. Shunday qilib, aberratsiya usuli uzilish usuli bilan bir xil narsani beradi, ya'ni. guruh tezligi.

Shunday qilib, Mishelsonning ham suv, ham uglerod disulfidi bilan tajribalarida faza tezligi emas, balki guruhning nisbati o'lchandi.

Yorug'lik tezligini o'lchashning turli usullari mavjud, jumladan astronomik va turli xil eksperimental usullardan foydalanish. O'lchov aniqligi bilan muttasil ortib bormoqda. Ushbu jadval yorug'lik tezligini aniqlash bo'yicha eksperimental ishlarning to'liq bo'lmagan ro'yxatini taqdim etadi.

Tajriba

Eksperimental usullar

O'lchov natijalari, km / s

Eksperimental xato,

Weber-Kohlrausch

Maksvell

Mishelson

Perrotin

Rose va Dorsi

Mittelyptedt

Piz va Pearson

Anderson

Yupiter oyining tutilishi

Yorug'lik aberatsiyasi

Harakatlanuvchi jismlar

Aylanadigan nometall

Elektromagnit konstantalar

Aylanadigan nometall

Elektromagnit konstantalar

Aylanadigan nometall

Elektromagnit konstantalar

Kerr yopilish xujayrasi

Aylanadigan nometall

Kerr yopilish xujayrasi

Mikroto'lqinli interferometriya

Rasmda turli yillarda olingan yorug'lik tezligining raqamli qiymatlari grafik tarzda keltirilgan (Olimpusmicro.com rasmi).

Ilm-fan va texnologiya sohasidagi taraqqiyot bilan o'lchovlarning aniqligi qanday o'zgarganini kuzatishingiz mumkin.

Yorug'lik tezligini birinchi muvaffaqiyatli o'lchash 1676 yilga to'g'ri keladi.

Raqamlarda Röhmerning o'zi chizgan rasmning reproduktsiyasi, shuningdek sxematik talqini ko'rsatilgan.

Roemerning astronomik usuli o'lchovga asoslangan Yupiter sun'iy yo'ldoshlarining tutilishining Yer kuzatuvlaridan olingan yorug'lik tezligi... Yupiterda Yerdan Yupiter yaqinida ko'rinadigan yoki uning soyasida yashiringan bir nechta sun'iy yo'ldoshlar mavjud. Yupiter sun'iy yo'ldoshlari ustida olib borilgan astronomik kuzatishlar shuni ko'rsatadiki, Yupiterning har qanday ma'lum sun'iy yo'ldoshining ketma-ket ikkita tutilishi orasidagi o'rtacha vaqt oralig'i kuzatishlar davomida Yer va Yupiter bir-biridan qanchalik uzoqda joylashganiga bog'liq. Suratda: Roemer usuli. S - quyosh, U - Yupiter, W - yer

Vaqtning ma'lum bir lahzasida Yer Z1 va Yupiter J1 qarama-qarshi bo'lsin va bu vaqtda Yerdan kuzatilgan Yupiterning sun'iy yo'ldoshlaridan biri Yupiter soyasida g'oyib bo'lsin (sun'iy yo'ldosh rasmda ko'rsatilmagan. ). Keyin, bilan belgilasak R va r Yupiter va Yer orbitalarining radiuslari va orqalic - Quyosh bilan bog'liq bo'lgan C koordinata tizimidagi yorug'lik tezligi; Yerda sun'iy yo'ldoshning Yupiter soyasiga chiqishi (da qayd etiladi) R- r) Yupiter bilan bog'liq bo'lgan vaqt oralig'ida sodir bo'lganidan / s soniyadan keyin.

0,545 yildan so'ng Yer Z2 va Yupiter U2 birlashadi. Agar bu vaqtda mavjud bo'lsaYupiterning o'sha sun'iy yo'ldoshining n-chi tutilishi, keyin Yerda u kechikish bilan qayd etiladi ( R + r) / s soniya. Shuning uchun, agar sun'iy yo'ldoshning Yupiter atrofida aylanish davrit, keyin vaqt oralig'iT1 birinchi va o'rtasida oqadiYerdan kuzatilgan n-chi tutilishlar teng

Yana 0,545 yildan keyin Yer Z3 va Yupiter J3 yana qarama-qarshilikda bo'ladi. Shu vaqt ichida (n-1) sun'iy yo'ldoshning Yupiter atrofida aylanishlari va (n-1) tutilishlar, ularning birinchisi Yer va Yupiter Z2 va Yu2 pozitsiyalarini egallaganida, oxirgisi esa Z3 va Yu3 pozitsiyalarini egallaganida sodir bo'lgan. Birinchi tutilish Yerda kechikish bilan kuzatildi ( R + r) / s, ikkinchisi esa kechikish bilan ( R- r) / v sun'iy yo'ldosh Yupiter sayyorasining soyasini tark etgan momentlarga nisbatan. Shuning uchun, bu holda biz bor

Roemer T1 va T2 vaqt oralig'ini o'lchadi va T1-T2 = 1980 s ekanligini aniqladi. Ammo yuqorida yozilgan formulalardan T1-T2 = 4 ekanligi kelib chiqadi r / c, shuning uchun c = 4 r / 1980 m / s. Qabul qilishr, Yerdan Quyoshgacha bo'lgan o'rtacha masofa, 1 500 000 000 km ga teng, biz yorug'lik tezligi uchun 3,01 * 10 qiymatini topamiz. 6 m / s.

1725-1728 yillarda aberratsiyani kuzatish orqali yorug'lik tezligini aniqlash. Bredli yulduzlarning yillik paralaksi bor-yo'qligini aniqlash uchun kuzatuv o'tkazdi, ya'ni. Yerning orbital harakatini aks ettiruvchi va Yerdan yulduzgacha bo'lgan masofaning chekliligi bilan bog'liq bo'lgan yulduzlarning osmondagi ko'rinadigan joy almashishi.

Bredli shunga o'xshash tarafkashlikni topdi. U o'zi chaqirgan kuzatilgan hodisani tushuntirdi yorug'lik aberatsiyasi, yorug'likning tarqalish tezligining chekli qiymati va uni ushbu tezlikni aniqlash uchun ishlatgan.

Burchakni bilish α va Yer orbitasining tezligi v, yorug'lik tezligini aniqlash mumkin c.

U yorug'lik tezligining qiymatini 308 000 km / s ga oldi.

Shuni ta'kidlash kerakki, yorug'lik aberatsiyasi bir yil davomida Yer tezligi yo'nalishining o'zgarishi bilan bog'liq. Doimiy tezlikni, qanchalik katta bo'lmasin, aberratsiya yordamida aniqlab bo'lmaydi, chunki bunday harakat bilan yulduzga yo'nalish o'zgarishsiz qoladi va bu tezlikning mavjudligini va u qanday burchak hosil qilishini aniqlashning iloji yo'q. yulduzga yo'nalish bilan. Yorug'likning aberratsiyasi bizga faqat Yer tezligining o'zgarishi haqida hukm chiqarishga imkon beradi.

1849 yilda A.Fizo birinchi bo'lib laboratoriya sharoitida yorug'lik tezligini aniqladi. Uning usuli tishli g'ildirak usuli deb nomlangan. Uning usulining o'ziga xos xususiyati yorug'lik oqimining muntazam uzilishi (tishli g'ildirak) orqali amalga oshiriladigan signalni boshlash va qaytarish momentlarini avtomatik tarzda qayd etishdir.

3-rasm. Yorug'lik tezligini tishli g'ildirak usulida aniqlash bo'yicha tajriba sxemasi.

D masofasini, tishlar sonini bilish z, aylanishning burchak tezligi (sekundiga aylanishlar soni)v, yorug'lik tezligini aniqlash mumkin. U 313 000 km/s tezlikka erishdi.

O'lchovlarning aniqligini yanada yaxshilash uchun ko'plab usullar ishlab chiqilgan. Tez orada hatto havodagi sindirish ko'rsatkichini hisobga olish kerak bo'ldi. Va tez orada 1958 yilda Froome mikroto'lqinli interferometr va elektro-optik qopqoq (Kerr xujayrasi) yordamida yorug'lik tezligining 299792,5 km / s ga teng qiymatini oldi.