Comment la vitesse de la lumière a-t-elle été mesurée et quelle est sa valeur réelle. Quelle est la vitesse de la lumière

représentation artistique vaisseau spatial sauter à la "vitesse de la lumière". Crédit : NASA/Glenn Research Center.

Depuis l'Antiquité, les philosophes et les scientifiques ont cherché à comprendre la lumière. De plus, en essayant de déterminer ses propriétés de base (c'est-à-dire de quoi il est fait - une particule ou une onde, etc.), ils ont également cherché à faire des mesures finies de la vitesse à laquelle il se déplace. Depuis la fin du 17ème siècle, les scientifiques ont fait exactement cela, et avec une précision croissante.

Ce faisant, ils ont acquis une meilleure compréhension de la mécanique de la lumière, et comment rôle important il joue en physique, astronomie et cosmologie. En termes simples, la lumière se déplace à une vitesse incroyable et c'est l'objet qui se déplace le plus rapidement dans l'univers. Sa vitesse est une barrière constante et inexpugnable et sert de mesure de distance. Mais à quelle vitesse se déplace-t-il ?

Vitesse de la lumière (s):

La lumière se déplace à une vitesse constante de 1 079 252 848,8 km/h (1,07 milliard). Ce qui est obtenu est de 299 792 458 m/s. Mettons chaque chose à sa place. Si vous pouviez vous déplacer à la vitesse de la lumière, vous pourriez faire le tour du globe environ sept fois et demie par seconde. Pendant ce temps, une personne volant avec vitesse moyenne A 800 km/h, il faudrait plus de 50 heures pour faire le tour de la planète.

Une illustration montrant la distance parcourue par la lumière entre la Terre et le Soleil. Crédit : LucasVB/Domaine public.

Considérez cela d'un point de vue astronomique, la distance moyenne de à 384 398,25 km. Par conséquent, la lumière parcourt cette distance en une seconde environ. Pendant ce temps, la moyenne est de 149 597 886 km, ce qui signifie qu'il ne faut qu'environ 8 minutes à la lumière pour effectuer ce trajet.

Il n'est donc pas étonnant que la vitesse de la lumière soit la mesure utilisée pour déterminer les distances astronomiques. Quand on dit qu'une étoile telle que se trouve à 4,25 années-lumière, on veut dire qu'il lui faudrait environ 4 ans et 3 mois, voyageant à une vitesse constante de 1,07 milliard de km/h, pour y arriver. Mais comment en sommes-nous arrivés là valeur spécifique la vitesse de la lumière?

Histoire de l'étude :

Jusqu'au 17ème siècle, les scientifiques étaient sûrs que la lumière se déplaçait à une vitesse finie, ou instantanément. Depuis l'époque des Grecs de l'Antiquité jusqu'aux théologiens islamiques médiévaux et aux érudits des temps modernes, il y a eu un débat. Mais jusqu'à l'apparition des travaux de l'astronome danois Ole Römer (1644-1710), dans lesquels les premières mesures quantitatives ont été effectuées.

En 1676, Römer a observé que les périodes de la lune Io la plus interne de Jupiter semblaient plus courtes lorsque la Terre s'approchait de Jupiter que lorsqu'elle s'éloignait. Il en a conclu que la lumière se déplace à une vitesse finie et qu'il faudrait environ 22 minutes pour traverser le diamètre de l'orbite terrestre.

Le professeur Albert Einstein à la 11e conférence de Josiah Willard Gibbs au Carnegie Institute of Technology le 28 décembre 1934, où il explique sa théorie selon laquelle la matière et l'énergie sont les mêmes dans différentes formes. Crédit : AP Photo

Christian Huygens a utilisé cette estimation et l'a combinée avec une estimation du diamètre de l'orbite terrestre pour arriver à une estimation de 220 000 km/s. Isaac Newton a également parlé des calculs de Roemer dans son ouvrage phare Optics de 1706. En corrigeant la distance entre la Terre et le Soleil, il a calculé qu'il faudrait sept ou huit minutes pour que la lumière se déplace de l'un à l'autre. Dans les deux cas, il y avait une erreur relativement faible.

Des mesures ultérieures des physiciens français Hippolyte Fizeau (1819-1896) et Léon Foucault (1819-1868) ont affiné ces chiffres, aboutissant à une valeur de 315 000 km/s. Et dans la seconde moitié du XIXe siècle, les scientifiques ont pris conscience du lien entre la lumière et l'électromagnétisme.

Ceci a été réalisé par les physiciens en mesurant les charges électromagnétiques et électrostatiques. Ils ont alors constaté que la valeur numérique était très proche de la vitesse de la lumière (mesurée par Fizeau). Sur la base de ses propres travaux, qui ont montré que ondes électromagnétiques se propager dans le vide, le physicien allemand Wilhelm Eduard Weber a proposé que la lumière soit une onde électromagnétique.

La prochaine grande percée a eu lieu au début du 20e siècle. Dans son article intitulé "Sur l'électrodynamique des corps en mouvement", Albert Einstein déclare que la vitesse de la lumière dans le vide, telle que mesurée par un observateur à vitesse constante, est la même dans tous les référentiels inertiels et ne dépend pas du mouvement de la source ou de l'observateur.

Un faisceau laser brillant à travers un verre d'eau montre combien de changements il subit lorsqu'il se déplace de l'air au verre à l'eau et de retour à l'air. Crédit : Bob King

Prenant cette déclaration et le principe de relativité de Galilée comme base, Einstein a dérivé la théorie restreinte de la relativité, dans laquelle la vitesse de la lumière dans le vide (c) est une constante fondamentale. Avant cela, la convention parmi les scientifiques était que le cosmos était rempli d '"éther porteur de lumière", qui est responsable de sa distribution - c'est-à-dire la lumière se déplaçant à travers un milieu en mouvement traînera à la queue du milieu.

Cela signifie à son tour que la vitesse mesurée de la lumière serait la simple somme de sa vitesse à travers le milieu plus la vitesse de ce milieu. Cependant, la théorie d'Einstein a rendu le concept d'éther fixe inutile et a changé l'idée d'espace et de temps.

Elle (la théorie) a non seulement avancé l'idée que la vitesse de la lumière est la même dans tous les référentiels inertiels, mais elle a également suggéré que des changements majeurs se produisent lorsque les choses se rapprochent de la vitesse de la lumière. Ceux-ci incluent le cadre spatio-temporel d'un corps en mouvement qui semble ralentir et la direction du mouvement lorsque la mesure est du point de vue de l'observateur (c'est-à-dire la dilatation relativiste du temps, où le temps ralentit à mesure qu'il s'approche de la vitesse de lumière).

Ses observations sont également cohérentes avec les équations de Maxwell pour l'électricité et le magnétisme avec les lois de la mécanique, simplifient les calculs mathématiques loin des arguments indépendants d'autres scientifiques et sont compatibles avec l'observation directe de la vitesse de la lumière.

Dans quelle mesure la matière et l'énergie sont-elles similaires ?

Dans la seconde moitié du XXe siècle, des mesures de plus en plus précises utilisant la méthode des interféromètres laser et des cavités résonnantes ont encore affiné les estimations de la vitesse de la lumière. En 1972, une équipe du National Bureau of Standards des États-Unis à Boulder, Colorado, utilisait l'interférométrie laser pour arriver à la valeur actuellement acceptée de 299 792 458 m/s.

Rôle dans l'astrophysique moderne :

La théorie d'Einstein selon laquelle la vitesse de la lumière dans le vide ne dépend pas du mouvement de la source et du référentiel inertiel de l'observateur a depuis été systématiquement confirmée par de nombreuses expériences. Il fixe également une limite supérieure à la vitesse à laquelle toutes les particules et ondes sans masse (y compris la lumière) peuvent se déplacer dans le vide.

L'un des résultats est que les cosmologies traitent désormais l'espace et le temps comme une structure unique connue sous le nom d'espace-temps, dans laquelle la vitesse de la lumière peut être utilisée pour déterminer la signification des deux (c'est-à-dire les années-lumière, les minutes-lumière et les secondes-lumière). La mesure de la vitesse de la lumière peut également devenir un facteur important pour déterminer l'accélération de l'expansion de l'univers.

Au début des années 1920, avec les observations de Lemaitre et Hubble, scientifiques et astronomes prennent conscience que l'univers est en expansion depuis son point d'origine. Hubble a également remarqué que plus une galaxie est éloignée, plus elle se déplace rapidement. Ce qu'on appelle aujourd'hui la constante de Hubble est la vitesse à laquelle l'univers s'étend, elle est égale à 68 km/s par mégaparsec.

À quelle vitesse l'univers s'étend-il ?

Ce phénomène, présenté comme une théorie, signifie que certaines galaxies peuvent en fait se déplacer plus vite que la vitesse de la lumière, ce qui peut imposer une limite à ce que nous observons dans notre univers. Essentiellement, les galaxies se déplaçant plus vite que la vitesse de la lumière traverseraient "l'horizon des événements cosmologiques" où elles ne nous sont plus visibles.

De plus, dans les années 1990, les mesures de décalage vers le rouge des galaxies lointaines ont montré que l'expansion de l'univers s'était accélérée au cours des derniers milliards d'années. Cela a conduit à la théorie de "l'énergie noire", selon laquelle une force invisible entraîne l'expansion de l'espace lui-même, plutôt que des objets qui le traversent (sans limiter la vitesse de la lumière ni briser la relativité).

En plus des spéciaux et théorie générale relativité, la valeur moderne de la vitesse de la lumière dans le vide a été formée à partir de la cosmologie, de la mécanique quantique et modèle standard la physique particules élémentaires. Il reste constant en ce qui concerne la limite supérieure à laquelle les particules sans masse peuvent se déplacer et reste une barrière inaccessible pour les particules avec masse.

Peut-être trouverons-nous un jour un moyen de dépasser la vitesse de la lumière. Bien que nous n'ayons aucune idée pratique sur la façon dont cela pourrait se produire, il semble que l'argent intelligent sur la technologie nous permettra de contourner les lois de l'espace-temps, soit en créant des bulles de distorsion (alias le moteur de distorsion d'Alcubierre) ou en les traversant (alias. trous de ver).

Que sont les trous de ver ?

Jusque-là, nous devrons simplement nous contenter de l'univers tel que nous le voyons et nous en tenir à explorer la partie qui peut être atteinte par les méthodes conventionnelles.

Le titre de l'article que vous avez lu "Quelle est la vitesse de la lumière ?".

En 1676, l'astronome danois Ole Römer fit la première estimation approximative de la vitesse de la lumière. Römer a remarqué une légère différence dans la durée des éclipses des satellites de Jupiter et a conclu que le mouvement de la Terre, soit en s'approchant de Jupiter, soit en s'en éloignant, modifiait la distance que la lumière réfléchie par les satellites devait parcourir.

En mesurant l'ampleur de cet écart, Römer a calculé que la vitesse de la lumière était de 219 911 kilomètres par seconde. Dans une expérience ultérieure en 1849, le physicien français Armand Fizeau a découvert que la vitesse de la lumière était de 312 873 kilomètres par seconde.

Comme le montre la figure ci-dessus, la configuration expérimentale de Fizeau consistait en une source lumineuse, un miroir translucide qui ne réfléchit que la moitié de la lumière tombant dessus, permettant au reste de passer au-delà de l'engrenage rotatif et du miroir fixe. Lorsque la lumière frappait un miroir translucide, elle était réfléchie sur une roue dentée, qui divisait la lumière en faisceaux. Après avoir traversé un système de lentilles de focalisation, chaque faisceau lumineux était réfléchi par un miroir fixe et renvoyé vers la roue dentée. En effectuant des mesures précises de la vitesse à laquelle la roue dentée bloquait les rayons réfléchis, Fizeau a pu calculer la vitesse de la lumière. Son collègue Jean Foucault a amélioré cette méthode un an plus tard et a découvert que la vitesse de la lumière est de 297 878 ​​kilomètres par seconde. Cette valeur diffère peu de la valeur moderne de 299 792 kilomètres par seconde, qui est calculée en multipliant la longueur d'onde et la fréquence du rayonnement laser.

Expérience Fizeau

Comme le montrent les figures ci-dessus, la lumière se déplace vers l'avant et vers l'arrière à travers le même espace entre les dents de la roue si elle tourne lentement (figure du bas). Si la roue tourne vite (photo du haut), le rouage adjacent bloque la lumière qui revient.

Les résultats de Fizeau

En plaçant le miroir à une distance de 8,64 kilomètres de la roue dentée, Fizeau a déterminé que la vitesse de rotation de la roue dentée nécessaire pour bloquer le faisceau lumineux de retour était de 12,6 tours par seconde. Connaissant ces chiffres, ainsi que la distance parcourue par la lumière et la distance que l'engrenage devait parcourir pour bloquer le faisceau lumineux (égale à la largeur de l'écart entre les dents de la roue), il calcula qu'il fallait le faisceau lumineux 0,000055 secondes pour parcourir la distance entre la roue dentée et le miroir et vice-versa. En divisant par ce temps la distance totale de 17,28 kilomètres parcourue par la lumière, Fizeau obtient pour sa vitesse une valeur de 312 873 kilomètres par seconde.

Expérience de Foucault

En 1850, le physicien français Jean Foucault améliore la technique de Fizeau en remplaçant la roue dentée par un miroir tournant. La lumière de la source n'a atteint l'observateur que lorsque le miroir a fait un tour complet de 360° pendant l'intervalle de temps entre le départ et le retour du faisceau lumineux. En utilisant cette méthode, Foucault a obtenu une valeur de 297 878 ​​kilomètres par seconde pour la vitesse de la lumière.

L'accord final dans les mesures de la vitesse de la lumière.

L'invention des lasers a permis aux physiciens de mesurer la vitesse de la lumière avec une précision beaucoup plus grande que jamais auparavant. En 1972, des scientifiques du National Institute of Standards and Technology ont soigneusement mesuré la longueur d'onde et la fréquence d'un faisceau laser et ont fixé la vitesse de la lumière, le produit de ces deux variables, à 299792458 mètres par seconde (186282 miles par seconde). L'une des conséquences de cette nouvelle mesure fut la décision de la Conférence générale des poids et mesures d'adopter comme mètre de référence (3,3 pieds) la distance parcourue par la lumière en 1/299792458 de seconde. Ainsi / la vitesse de la lumière, la constante fondamentale la plus importante en physique, est maintenant calculée avec une très grande certitude, et le mètre de référence peut être déterminé avec beaucoup plus de précision que jamais auparavant.

Au 19ème siècle, plusieurs expériences scientifiques ont eu lieu qui ont conduit à la découverte d'un certain nombre de nouveaux phénomènes. Parmi ces phénomènes figure la découverte par Hans Oersted de la génération de l'induction magnétique choc électrique. Plus tard, Michael Faraday a découvert l'effet inverse, appelé induction électromagnétique.

Les équations de James Maxwell - La nature électromagnétique de la lumière

À la suite de ces découvertes, la soi-disant "interaction à distance" a été notée, à la suite de laquelle nouvelle théorie l'électromagnétisme, formulé par Wilhelm Weber, était basé sur une action à longue portée. Plus tard, Maxwell a défini le concept de champs électriques et magnétiques, capables de se générer mutuellement, qui est une onde électromagnétique. Par la suite, Maxwell a utilisé dans ses équations la soi-disant "constante électromagnétique" - Avec.

À cette époque, les scientifiques s'étaient déjà rapprochés du fait que la lumière a une nature électromagnétique. La signification physique de la constante électromagnétique est la vitesse de propagation des excitations électromagnétiques. À la surprise de James Maxwell lui-même, la valeur mesurée de cette constante dans des expériences avec des charges unitaires et des courants s'est avérée être égal à la vitesse lumière dans le vide.

Avant cette découverte, l'humanité partageait la lumière, l'électricité et le magnétisme. La généralisation de Maxwell a permis de porter un nouveau regard sur la nature de la lumière, en tant que fragment de champs électriques et magnétiques se propageant indépendamment dans l'espace.

La figure ci-dessous montre un schéma de propagation d'une onde électromagnétique, qui est aussi de la lumière. Ici H est le vecteur d'intensité champ magnétique, E est le vecteur d'intensité du champ électrique. Les deux vecteurs sont perpendiculaires l'un à l'autre, ainsi qu'à la direction de propagation des ondes.

L'expérience de Michelson - le caractère absolu de la vitesse de la lumière

La physique de cette époque a été largement construite en tenant compte du principe de relativité de Galilée, selon lequel les lois de la mécanique se ressemblent dans n'importe quel référentiel inertiel choisi. En même temps, selon l'addition des vitesses, la vitesse de propagation aurait dû dépendre de la vitesse de la source. Cependant, dans ce cas, l'onde électromagnétique se comporterait différemment selon le choix du référentiel, ce qui viole le principe de relativité de Galilée. Ainsi, la théorie apparemment bien construite de Maxwell était dans un état précaire.

Des expériences ont montré que la vitesse de la lumière ne dépend pas vraiment de la vitesse de la source, ce qui signifie qu'une théorie est nécessaire pour expliquer une telle fait étrange. la meilleure théorieÀ cette époque, il y avait une théorie de "l'éther" - un certain milieu dans lequel la lumière se propage, tout comme le son se propage dans l'air. Alors la vitesse de la lumière serait déterminée non pas par la vitesse de la source, mais par les caractéristiques du milieu lui-même - l'éther.

De nombreuses expériences ont été entreprises pour découvrir l'éther, dont la plus célèbre est celle du physicien américain Albert Michelson. En bref, nous savons que la Terre se déplace Cosmos. Il est alors logique de supposer qu'il se déplace également à travers l'éther, puisque l'attachement complet de l'éther à la Terre n'est pas seulement plus haut degré l'égoïsme, mais ne peut tout simplement pas être causé par quoi que ce soit. Si la Terre se déplace à travers un milieu dans lequel la lumière se propage, alors il est logique de supposer qu'il y a une addition de vitesses. Autrement dit, la propagation de la lumière devrait dépendre de la direction du mouvement de la Terre, qui vole à travers l'éther. À la suite de ses expériences, Michelson n'a trouvé aucune différence entre la vitesse de propagation de la lumière dans les deux sens à partir de la Terre.

Le physicien néerlandais Hendrik Lorentz a tenté de résoudre ce problème. Selon son hypothèse, le "vent éthéré" influençait les corps de telle manière qu'ils réduisaient leur taille dans le sens de leur mouvement. Sur la base de cette hypothèse, la Terre et l'appareil de Michelson ont connu cette contraction de Lorentz, à la suite de quoi Albert Michelson a obtenu la même vitesse de propagation de la lumière dans les deux sens. Et bien que Lorentz ait quelque peu réussi à retarder le moment de la mort de la théorie de l'éther, les scientifiques ont néanmoins estimé que cette théorie était « farfelue ». L'éther devait donc posséder un certain nombre de propriétés "fabuleuses", dont l'apesanteur et l'absence de résistance aux corps en mouvement.

La fin de l'histoire de l'éther est survenue en 1905, avec la publication de l'article "Sur l'électrodynamique des corps en mouvement" d'Albert Einstein alors peu connu.

La théorie de la relativité restreinte d'Albert Einstein

Albert Einstein, vingt-six ans, a exprimé une vision complètement nouvelle et différente de la nature de l'espace et du temps, qui allait à l'encontre des idées de l'époque, et en particulier violait grossièrement le principe de relativité de Galilée. Selon Einstein, l'expérience de Michelson n'a pas donné de résultats positifs car l'espace et le temps ont des propriétés telles que la vitesse de la lumière est valeur absolue. Autrement dit, quel que soit le cadre de référence dans lequel se trouve l'observateur, la vitesse de la lumière par rapport à lui est toujours de 300 000 km / s. De là découlait l'impossibilité d'appliquer l'addition des vitesses par rapport à la lumière - quelle que soit la vitesse à laquelle la source lumineuse se déplace, la vitesse de la lumière ne changera pas (additionner ou soustraire).

Einstein a utilisé la contraction de Lorentz pour décrire le changement des paramètres des corps se déplaçant à des vitesses proches de la vitesse de la lumière. Ainsi, par exemple, la longueur de tels corps sera réduite, et leur propre temps- ralentir. Le coefficient de tels changements est appelé facteur de Lorentz. La célèbre formule d'Einstein E=mc 2 comprend également le facteur de Lorentz ( E= ymc2), qui dans le cas général est égal à l'unité, dans le cas où la vitesse du corps v est égal à zéro. À mesure que la vitesse du corps approche và la vitesse de la lumière c Facteur de Lorentz y se précipite à l'infini. Il s'ensuit que pour accélérer le corps à la vitesse de la lumière, une quantité infinie d'énergie est nécessaire et qu'il est donc impossible de dépasser cette limite de vitesse.

En faveur de cette affirmation, il existe également un argument tel que "la relativité de la simultanéité".

Paradoxe de la relativité de la simultanéité SRT

Bref, le phénomène de la relativité de la simultanéité est que l'horloge, qui se situe dans points différents les espaces ne peuvent aller "simultanément" que s'ils sont dans le même référentiel inertiel. C'est-à-dire que l'heure sur l'horloge dépend du choix du système de référence.

Cela implique aussi un tel paradoxe que l'événement B, qui est une conséquence de l'événement A, peut se produire simultanément avec lui. De plus, on peut choisir des référentiels tels que l'événement B se produise plus tôt que l'événement A qui l'a provoqué.Un tel phénomène viole le principe de causalité, qui est assez solidement établi en science et n'a jamais été remis en question. Cependant, cette situation hypothétique n'est observée que lorsque la distance entre les événements A et B est supérieure à l'intervalle de temps entre eux, multiplié par la "constante électromagnétique" - Avec. Donc la constante c, qui est égale à la vitesse de la lumière, est la vitesse maximale de transfert d'informations. Dans le cas contraire, le principe de causalité serait violé.

Comment mesure-t-on la vitesse de la lumière ?

Observations d'Olaf Römer

Les scientifiques de l'Antiquité croyaient pour la plupart que la lumière se déplace à une vitesse infinie, et la première estimation de la vitesse de la lumière a été obtenue dès 1676. L'astronome danois Olaf Römer a observé Jupiter et ses lunes. Au moment où la Terre et Jupiter se trouvaient de part et d'autre du Soleil, l'éclipse du satellite de Jupiter Io avait 22 minutes de retard par rapport au temps calculé. Seule décision, découverte par Olaf Römer - la vitesse de la lumière est limitante. Pour cette raison, les informations sur l'événement observé sont retardées de 22 minutes, car il faut un certain temps pour parcourir la distance entre le satellite Io et le télescope de l'astronome. Roemer a calculé que la vitesse de la lumière était de 220 000 km/s.

Les observations de James Bradley

En 1727, l'astronome anglais James Bradley découvre le phénomène d'aberration lumineuse. L'essence de ce phénomène est que lorsque la Terre se déplace autour du Soleil, ainsi que pendant la propre rotation de la Terre, un déplacement des étoiles dans le ciel nocturne est observé. Étant donné que l'observateur sur Terre et la Terre elle-même changent constamment leur direction de mouvement par rapport à l'étoile observée, la lumière émise par l'étoile parcourt des distances différentes et tombe à des angles différents par rapport à l'observateur au fil du temps. La vitesse limitée de la lumière fait que les étoiles dans le ciel décrivent une ellipse au cours de l'année. Cette expérience a permis à James Bradley d'estimer la vitesse de la lumière - 308 000 km/s.

L'expérience Louis Fizeau

En 1849, le physicien français Louis Fizeau met en place une expérience de laboratoire pour mesurer la vitesse de la lumière. Le physicien a installé un miroir à Paris à une distance de 8 633 mètres de la source, mais selon les calculs de Römer, la lumière parcourra cette distance en cent millièmes de seconde. Une telle précision d'horloge était alors inaccessible. Ensuite, Fizeau a utilisé une roue dentée, qui tournait sur le chemin de la source au miroir et du miroir à l'observateur, dont les dents bloquaient périodiquement la lumière. Dans le cas où le faisceau lumineux de la source au miroir passait entre les dents et frappait la dent au retour, le physicien doublait la vitesse de la roue. Avec l'augmentation de la vitesse de rotation de la roue, la lumière a pratiquement cessé de disparaître, jusqu'à ce que la vitesse de rotation atteigne 12,67 tours par seconde. À ce moment, la lumière a de nouveau disparu.

Une telle observation signifiait que la lumière "cognait" constamment dans les dents et n'avait pas le temps de "se glisser" entre elles. Connaissant la vitesse de rotation de la roue, le nombre de dents et deux fois la distance de la source au miroir, Fizeau calcula la vitesse de la lumière, qui s'avéra être de 315 000 km/sec.

Un an plus tard, un autre physicien français Léon Foucault a mené une expérience similaire, dans laquelle il a utilisé un miroir rotatif au lieu d'une roue dentée. La valeur qu'il a obtenue pour la vitesse de la lumière dans l'air était de 298 000 km/s.

Un siècle plus tard, la méthode Fizeau fut tellement améliorée qu'une expérience similaire mise en place en 1950 par E. Bergstrand donna une valeur de vitesse de 299 793,1 km/s. Ce nombre n'est distant que de 1 km/s de la valeur actuelle de la vitesse de la lumière.

Autres mesures

Avec l'avènement des lasers et la précision croissante instruments de mesure il a été possible de réduire l'erreur de mesure jusqu'à 1 m/s. Ainsi, en 1972, des scientifiques américains ont utilisé un laser pour leurs expériences. En mesurant la fréquence et la longueur d'onde du faisceau laser, ils ont pu obtenir une valeur de 299 792 458 m/s. Il est à noter qu'une nouvelle augmentation de la précision de la mesure de la vitesse de la lumière dans le vide était irréalisable, non pas à cause de l'imperfection technique des instruments, mais à cause de l'erreur de l'étalon lui-même. Pour cette raison, en 1983, la 17e Conférence générale des poids et mesures a défini le mètre comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en un temps égal à 1/299 792 458 de seconde.

Résumé

Ainsi, de tout ce qui précède, il s'ensuit que la vitesse de la lumière dans le vide est une constante physique fondamentale qui apparaît dans de nombreuses théories fondamentales. Ce débit est absolu, c'est-à-dire qu'il ne dépend pas du choix du référentiel, et est également égal au débit limite de transfert d'informations. Non seulement les ondes électromagnétiques (lumière) se déplacent à cette vitesse, mais également toutes les particules sans masse. Y compris, vraisemblablement, le graviton - une particule d'ondes gravitationnelles. De plus, en raison d'effets relativistes, le bon moment pour la lumière en vaut littéralement la peine.

De telles propriétés de la lumière, en particulier l'inapplicabilité du principe d'addition des vitesses à celle-ci, ne rentrent pas dans la tête. Cependant, de nombreuses expériences confirment les propriétés énumérées ci-dessus, et un certain nombre de théories fondamentales reposent précisément sur cette nature de la lumière.

La vitesse de la lumière est la mesure la plus inhabituelle connue à ce jour. La première personne qui a essayé d'expliquer le phénomène de propagation de la lumière était Albert Einstein. C'est lui qui a déduit la formule bien connue E = Mc² , où E est l'énergie totale du corps, m est la masse, et c est la vitesse de la lumière dans le vide.

La formule a été publiée pour la première fois dans Annalen der Physik en 1905. À peu près à la même époque, Einstein a avancé une théorie sur ce qui arriverait à un corps se déplaçant à une vitesse absolue. Se basant sur le fait que la vitesse de la lumière est une valeur constante, il est arrivé à la conclusion que l'espace et le temps doivent changer.

Ainsi, à la vitesse de la lumière, un objet rétrécira indéfiniment, sa masse augmentera indéfiniment et le temps s'arrêtera pratiquement.

En 1977, il était possible de calculer la vitesse de la lumière, un chiffre de 299 792 458 ± 1,2 mètres par seconde a été nommé. Pour des calculs plus approximatifs, une valeur de 300 000 km/s est toujours prise. C'est à partir de cette valeur que toutes les autres mesures cosmiques sont repoussées. C'est ainsi qu'est apparu le concept d'"année-lumière" et de "parsec" (3,26 années-lumière).

Ni se déplacer à la vitesse de la lumière, ni d'ailleurs la vaincre n'est impossible. Du moins à ce stade du développement humain. D'autre part, les auteurs de science-fiction tentent de résoudre ce problème dans les pages de leurs romans depuis environ 100 ans. Peut-être qu'un jour le fantasme deviendra réalité, car au 19ème siècle, Jules Verne avait prédit l'apparition d'un hélicoptère, d'un avion et d'une chaise électrique, et alors c'était du pur fantasme !

Le sujet de la mesure, ainsi que de la vitesse de la lumière, intéresse les scientifiques depuis l'Antiquité. C'est un sujet très fascinant, qui depuis des temps immémoriaux a fait l'objet de controverses scientifiques. On pense qu'une telle vitesse est finie, inaccessible et constante. Il est inaccessible et constant, comme l'infini. Cependant, il est fini. Il s'avère un puzzle physique et mathématique intéressant. Il existe une solution à ce problème. Après tout, la vitesse de la lumière a quand même réussi à être mesurée.

Dans les temps anciens, les penseurs croyaient que vitesse de la lumière est une quantité infinie. La première estimation de cet indicateur a été donnée en 1676. Olaf Remer. Selon ses calculs, la vitesse de la lumière était d'environ 220 000 km/s. Ce n'était pas tout à fait valeur exacte, mais proche de la vérité.

La finitude et l'estimation de la vitesse de la lumière ont été confirmées après un demi-siècle.

A l'avenir, le scientifique fizo Il était possible de déterminer la vitesse de la lumière à partir du temps nécessaire au faisceau pour parcourir la distance exacte.

Il met en place une expérience (voir figure), au cours de laquelle un faisceau lumineux part de la source S, réfléchi par le miroir 3, interrompu par le disque denté 2, et traverse la base (8 km). Ensuite, il a été réfléchi par le miroir 1 et renvoyé sur le disque. La lumière tombait dans l'espace entre les dents et pouvait être observée à travers l'oculaire 4. Le temps nécessaire au faisceau pour traverser la base était déterminé en fonction de la vitesse de rotation du disque. La valeur obtenue par Fizeau était : c = 313 300 km/s.

La vitesse de propagation d'un faisceau dans un milieu quelconque est inférieure à cette vitesse dans le vide. De plus, pour différentes substances cet indicateur prend diverses significations. Après quelques années Foucault remplacé le disque par un miroir à rotation rapide. Les adeptes de ces scientifiques ont utilisé à plusieurs reprises leurs méthodes et leurs programmes de recherche.

Les lentilles sont la base des dispositifs optiques. Savez-vous comment c'est calculé ? Vous pouvez le découvrir en lisant un de nos articles.

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Quelle est la vitesse de la lumière dans le vide ?

La mesure la plus précise de la vitesse de la lumière est de 1 079 252 848,8 kilomètres par heure, soit 299 792 458 m/s. Ce chiffre n'est valable que pour les conditions créées dans le vide.

Mais pour résoudre des problèmes, l'indicateur est généralement utilisé 300 000 000 m/s. Dans le vide, la vitesse de la lumière en unités de Planck est de 1. Ainsi, l'énergie de la lumière parcourt 1 unité de Planck de longueur en 1 unité de temps de Planck. Si un vide est créé dans conditions naturelles, puis les rayons X, les ondes lumineuses du spectre visible et les ondes gravitationnelles peuvent se déplacer à une telle vitesse.

Il existe une opinion sans équivoque des scientifiques selon laquelle les particules qui ont une masse peuvent prendre une vitesse aussi proche que possible de la vitesse de la lumière. Mais ils ne sont pas en mesure d'atteindre et de dépasser l'indicateur. La vitesse la plus élevée, proche de la vitesse de la lumière, a été enregistrée dans l'étude des rayons cosmiques et dans l'accélération de certaines particules dans les accélérateurs.

La valeur de la vitesse de la lumière dans tout milieu dépend de l'indice de réfraction de ce milieu.

Cet indicateur peut être différent pour différentes fréquences. La mesure précise de la quantité est importante pour le calcul d'autres paramètres physiques. Par exemple, pour déterminer la distance lors du passage de signaux lumineux ou radio dans la localisation optique, le radar, la télémétrie lumineuse et d'autres domaines.

Les scientifiques modernes utilisent différentes méthodes pour déterminer la vitesse de la lumière. Certains experts utilisent des méthodes astronomiques, ainsi que des méthodes de mesure utilisant des techniques expérimentales. Une méthode Fizeau améliorée est souvent utilisée. Dans ce cas, la roue dentée est remplacée par un modulateur de lumière, qui affaiblit ou interrompt le faisceau lumineux. Le récepteur est ici un multiplicateur photoélectrique ou cellule photoélectrique. La source lumineuse peut être un laser, ce qui contribue à réduire l'erreur de mesure. Détermination de la vitesse de la lumière la base de temps peut être passée par des méthodes directes ou indirectes, qui vous permettent également d'obtenir des résultats précis.

Quelles formules sont utilisées pour calculer la vitesse de la lumière

1. La vitesse de la lumière dans le vide est une valeur absolue. Les physiciens le désignent par la lettre "c". Ceci est fondamental et constant, qui ne dépend pas du choix du système de déclaration et caractérise le temps et l'espace dans leur ensemble. Les scientifiques suggèrent que cette vitesse est la vitesse limite des particules.

   Formule de la vitesse de la lumière sous vide :

   c = 3 * 10^8 = 299792458 m/s

   ici c est la vitesse de la lumière dans le vide.

2. Les scientifiques ont prouvé que vitesse de la lumière dans l'air presque égale à la vitesse de la lumière dans le vide. Il peut être calculé à l'aide de la formule :