Tüm referans çerçevelerinde ışık hızı sabit mi?
Basitçe söylemek gerekirse, onu ölçen kişiye bağlıdır: Bir boşlukta, ancak bir kişi yakın olduğunda ışık hızı 299,792,458 m / s'ye ulaşabilir. Ancak bu soruya çeşitli anlamlarını dikkate alarak cevap vermeliyiz.
Havadaki veya sudaki ışık hızı değişiyor mu?
Yapacağım. Şeffaf ortamda (hava, su ve cam gibi) ışık yavaşlar. Yavaşlama hızına ortamın kırılma indisi denir ve genellikle 1'den büyüktür. Bu, Foucault tarafından 1850'de keşfedildi.
İnsanlar "ışık hızı" hakkında konuştuğunda, bu boşluktaki ışığın hızına atıfta bulunur ve genellikle eylemsiz koordinat sisteminde ölçülen hız anlamına gelir. Bu vakum atalet hızı c olarak belirtilir.
Vakum atalet sisteminde ışık hızı sabit midir?
1983 Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Konferansı'nda, aşağıdaki SI (Uluslararası Birimler Sistemi) tanımları kabul edildi:
Işığın boşlukta 1/299792458 saniye kat ettiği mesafe bir standart metredir.
Vakumda ışık hızını 299,792,458 m / s olarak tanımlayın. Bununla birlikte, eylemsizlik sistemi hakkında hiçbir şeyden bahsetmez, ancak ölçümün eylemsizlik sisteminde örtük olduğu düşünülebilir.
Ancak bu henüz bitmedi, Uluslararası Birimler Sistemi çok pratik mülahazalara dayanıyor. Günümüzde bilinen en doğru ölçüm teknolojisi tarafından benimsenen tanıma dayanmaktadır ve sürekli revize edilecektir. Şu anda, lazer darbeleri yayarak ve yayılma sürelerini hesaplamak için çok hassas atomik saatler kullanarak makroskopik mesafeyi en doğru şekilde ölçebilirsiniz. (En iyi atom saati yaklaşık 1/10 ^ 13 kadar doğru olabilir) Bu nedenle birim metreyi bu şekilde tanımlamak mantıklıdır ve hata en aza indirilebilir.
Örnek: 5 milyar yıl boyunca sapmayacak bir stronsiyum kafesli atom saati
Uluslararası Birimler Sistemi, fizik yasaları hakkında belirli varsayımlarda bulunur. Örneğin, fotonların kütlesiz parçacıklar olduğunu varsayalım. Eğer fotonların durgun kütlesi varsa, o zaman metrenin tanımı anlamsız hale gelecektir, çünkü ışığın hızı dalga boyuna göre değişecektir. Uluslararası Birimler Sistemi Komitesi bunu sadece bir sabit olarak tanımlayamaz, bunun yerine hangi ışık renginin kullanıldığını belirterek sayacı tanımlamalıdır. Deneyler göstermiştir ki, bir fotonun kütlesi sıfır değilse, çok küçük olmalıdır. Öngörülebilir gelecekte, durağan kütlesi çok küçük olduğu için bir metreyi foton olarak tanımlamak anlamsızdır, ancak şu anda kabul edilen teoriler foton kütlesini gösterse bile Sıfır ise, tam olarak sıfır olduğunu kanıtlayamaz. Fakat kütle sıfır değilse, ışığın hızı sabit olmayacaktır Teorik olarak, boşluktaki ışık hızının üst sınırı olarak c'yi belirleriz, böylece c'nin sabit bir sabit olup olmadığını araştırmaya devam edebiliriz.
Uluslararası Birimler Sistemi, farklı eylemsizlik sistemlerinde ölçülüp ölçülmediğine bakılmaksızın ışık hızının aynı olacağını varsayar. Bu aslında aşağıda açıklandığı gibi bir özel görelilik hipotezidir.
Örnek: Einstein tarafından önerilen özel görelilik kütle-enerji denklemi
Daha önce sayaçlar ve saniyeler, zaman ölçüm tekniklerine dayalı olarak çeşitli şekillerde tanımlanıyordu. Ancak gelecekte tekrar değişebilirler. 1939'a dönüp bakarsanız, ikincisi, ortalama güneş gününün 1 / 86.400'ü olarak tanımlanır ve uzunluk ölçer, Fransa'daki bir platin-iridyum alaşımlı cetvel üzerindeki iki oyulmuş işaret arasındaki mesafedir. Artık atom saati tarafından ölçülen ortalama güneş gününün uzunluğunun değiştiğini ve standart zamanın zaman zaman artık saniyeler ekleyerek veya çıkararak ayarlandığını biliyoruz. Dünya, güneş ve ay arasındaki gelgit kuvveti nedeniyle, dünyanın toplam dönüş hızı yılda yaklaşık 1 / 100.000 saniye azalacaktır. Metal büzülmesi de uzunluk değişikliklerine neden olabilir ve standart metre sapması daha büyük olacaktır. Sonuç, ışık hızının m / s cinsinden değerinin yavaşça değişmesidir. Açıktır ki, bu değişiklikleri ölçüm birimindeki değişikliklere atfetmek, ışık hızındaki değişikliklerden daha mantıklıdır, ancak aynı nedenle, ışığın hızı artık sabittir çünkü Uluslararası Birimler Sistemi, değerini sabit olarak tanımlamaktadır. .
Ancak Uluslararası Birimler Sisteminin tanımı bir noktayı vurgular, yani sorumuzu yanıtlamadan önce, sabit ışık hızı ile ne demek istediğimiz konusunda çok net olmamız gerekir. Işık hızını c ölçtüğümüzde, standart cetvelimiz ve standart saatimiz olarak ne kullanacağımızı açıklamalıyız. Prensip olarak, laboratuvar deneyleriyle elde edebileceğimiz sonuçlar astronomik gözlemlerle elde edilenlerden tamamen farklıdır. (Işık hızını ölçmenin en eski yöntemlerinden biri, 1676'da Ole Romer'in gözlemlediği Jüpiter'in ayının tutulma zamanındaki değişikliklerden gelir.) Örneğin, 1967'den 1983'e kadar olan tanımı örnek olarak alabiliriz. O zamanlar bir metre, vakumda kripton-86 spektrumunun turuncu-kırmızı ışığının 165.076.373 katı olarak tanımlandı ve ikincisi (şimdi olduğu gibi) sezyum-133 atomunun temel halinin iki aşırı ince enerji seviyesi arasındaki geçiş olarak tanımlandı. 9192631770 döngü radyasyon süresi. Önceki tanımlardan farklı olarak, bu tanımlar herhangi bir zamanda ve herhangi bir yerde uygulanabilen mutlak fiziksel büyüklüklere bağlıdır. Öyleyse bu birimlerden ışık hızının sabit olup olmadığını öğrenebilir miyiz?
Resim: Ole Romer, Jüpiter'in ayı Io'nun hareketini incelemek için bir teleskop kullandı ve ilk kez ışığın hızını nicel olarak tahmin etti.
Atomların kuantum teorisi bize, frekansın ve dalga boyunun esas olarak Planck'ın sabiti, elektronik yükü, elektron ve çekirdek kütlesi ve ışık hızı tarafından belirlendiğini söyler. Birimin boyutunu parametrelerden çıkararak, ince yapı sabiti ve elektronların protonlara kütle oranı gibi bazı boyutsuz miktarlar elde edebiliriz. Bu değerlerin tanımı, birimlerinden bağımsızdır, bu nedenle bu değerlerin değişip değişmediğini incelemek daha mantıklıdır. Değerleri değişirse, sadece ışık hızı etkilenmeyecektir. Kimya ile ilgili her şey değerlerine bağlıdır ve önemli değişiklikler tüm maddelerin kimyasal ve mekanik özelliklerini değiştirecektir. Ek olarak, ışığın hızı, kullanılan birimin tanımına bağlı olarak değişecektir. Bu durumda, bu değişiklikleri elektron veya parçacık kütlesindeki değişikliklere atfetmek ışık hızındaki değişikliklerden daha mantıklıdır.
Gözlemsel kanıtlar, bu parametrelerin evrenin yaşam döngüsünün çoğunda değişmediğini göstermektedir. Ayrıntılar için lütfen "Fiziksel sabitler zamanla değişir mi?
(Lütfen ince yapı sabitinin enerji ölçeğine göre değiştiğine dikkat edin, ancak ben onun düşük enerji sınırının sabitliğinden bahsediyorum.)
Referans
1. Wikipedia
2. Astronomik terimler
3. matematik- LeungManKit
İlgili herhangi bir içerik ihlali varsa, silmek için lütfen 30 gün içinde yazarla iletişime geçin
Lütfen yeniden basım için yetki alın ve bütünlüğü korumaya ve kaynağı belirtmeye dikkat edin
