Le XIXe siècle a vu plusieurs expériences scientifiques qui ont conduit à la découverte de nombreux phénomènes nouveaux. Parmi ces phénomènes figure la découverte par Hans Oersted de la génération d'induction magnétique par le courant 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, ce que l’on appelle « l’interaction à distance » a été constatée, ce qui a donné naissance à la nouvelle théorie de l’électromagnétisme formulée par Wilhelm Weber, basée sur l’action à longue portée. Plus tard, Maxwell a défini le concept de champs électriques et magnétiques, capables de se générer mutuellement, ce qui constitue une onde électromagnétique. Par la suite, Maxwell a utilisé ce qu'on appelle la « constante électromagnétique » dans ses équations - Avec.
À cette époque, les scientifiques étaient déjà proches du fait que la lumière est de 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 et des courants unitaires s'est avérée égale à la vitesse de la lumière dans le vide.
Avant cette découverte, l’humanité séparait la lumière, l’électricité et le magnétisme. La généralisation de Maxwell nous a permis de jeter un nouveau regard sur la nature de la lumière, en tant que fragment de champs électriques et magnétiques qui se propagent indépendamment dans l'espace.
La figure ci-dessous montre un schéma de la propagation d’une onde électromagnétique, qui est aussi de la lumière. Ici H est le vecteur d’intensité du 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.
Expérience Michelson - le caractère absolu de la vitesse de la lumière
La physique de cette époque reposait en grande partie sur le principe de relativité de Galilée, selon lequel les lois de la mécanique se ressemblent dans tout référentiel inertiel choisi. Parallèlement, selon l'addition des vitesses, la vitesse de propagation doit 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 formulée de Maxwell était dans un état fragile.
Des expériences ont montré que la vitesse de la lumière ne dépend pas vraiment de la vitesse de la source, ce qui signifie qu'il faut une théorie capable d'expliquer un fait aussi étrange. La meilleure théorie à cette époque s'est avérée être la théorie de « l'éther » - un certain milieu dans lequel la lumière se propage, tout comme le son se propage dans l'air. La vitesse de la lumière serait alors déterminée non pas par la vitesse de déplacement 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 l'expérience du physicien américain Albert Michelson. Bref, on sait que la Terre se déplace dans l’espace. 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 le plus haut degré d'égoïsme, mais ne peut tout simplement pas être causé par quoi que ce soit. Si la Terre se déplace à travers un certain milieu dans lequel la lumière se propage, il est alors logique de supposer que l'addition des vitesses a lieu ici. C'est-à-dire que la propagation de la lumière doit dépendre de la direction du mouvement de la Terre qui traverse l'éther. À la suite de ses expériences, Michelson n'a découvert aucune différence entre la vitesse de propagation de la lumière dans les deux sens depuis 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 que ceux-ci réduisaient leur taille dans la direction de leur mouvement. Sur la base de cette hypothèse, la Terre et l'appareil de Michelson ont subi cette contraction de Lorentz, grâce à laquelle Albert Michelson a obtenu la même vitesse de propagation de la lumière dans les deux directions. Et bien que Lorentz ait réussi dans une certaine mesure à retarder la mort de la théorie de l’éther, les scientifiques estimaient toujours que cette théorie était « tirée par les cheveux ». Ainsi, l’éther était censé avoir un certain nombre de propriétés « de conte de fées », notamment l’apesanteur et l’absence de résistance aux corps en mouvement.
La fin de l’histoire de l’éther survint 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, 26 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 violait en particulier 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 une 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 la même, 300 000 km/s. De là s'ensuit l'impossibilité d'appliquer l'addition de 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 (ajoutée ou soustraite).
Einstein a utilisé la contraction de Lorentz pour décrire les changements dans les paramètres des corps se déplaçant à des vitesses proches de la vitesse de la lumière. Ainsi, par exemple, la longueur de ces corps diminuera et leur propre temps ralentira. Le coefficient de ces changements est appelé facteur de Lorentz. La célèbre formule d'Einstein E=MC2 inclut en fait également le facteur de Lorentz ( E= ymc2), qui en général est égal à l'unité dans le cas où la vitesse du corps végal à zéro. À mesure que la vitesse du corps approche và la vitesse de la lumière c Facteur de Lorentz oui s'élance vers l'infini. Il s'ensuit que pour accélérer un corps jusqu'à la vitesse de la lumière, il faudra une quantité infinie d'énergie, et il est donc impossible de franchir cette limite de vitesse.
Il existe également un argument en faveur de cette affirmation appelé « la relativité de la simultanéité ».
Paradoxe de la relativité de la simultanéité de SRT
En bref, le phénomène de relativité de la simultanéité est que des horloges situées en différents points de l’espace ne peuvent fonctionner « en même temps » que si elles sont dans le même référentiel inertiel. Autrement dit, l’heure indiquée sur l’horloge dépend du choix du système de référence.
De là découle le paradoxe selon lequel l'événement B, qui est une conséquence de l'événement A, peut se produire simultanément avec lui. De plus, il est possible de choisir des systèmes de référence de telle sorte que l'événement B se produise plus tôt que l'événement qui l'a provoqué A. Un tel phénomène viole le principe de causalité, assez solidement ancré dans la science et n'a jamais été remis en question. Cependant, cette situation hypothétique n'est observée que dans le cas où la distance entre les événements A et B est supérieure à l'intervalle de temps entre eux multiplié par la « constante électromagnétique » - Avec. Ainsi, la constante c, qui est égale à la vitesse de la lumière, est la vitesse maximale de transmission des informations. Autrement, le principe de causalité serait violé.
Comment mesure-t-on la vitesse de la lumière ?
Observations d’Olaf Roemer
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 déjà été obtenue en 1676. L'astronome danois Olaf Roemer a observé Jupiter et ses lunes. Au moment où la Terre et Jupiter se trouvaient sur les côtés opposés du Soleil, l'éclipse de la lune Io de Jupiter a été retardée de 22 minutes par rapport au temps calculé. La seule solution trouvée par Olaf Roemer est que 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. Selon les calculs de Roemer, la vitesse de la lumière était de 220 000 km/s.
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 terrestre et la Terre elle-même changent constamment de direction de mouvement par rapport à l'étoile observée, la lumière émise par l'étoile parcourt différentes distances et tombe sous différents angles 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 tout au long de l'année. Cette expérience a permis à James Bradley d'estimer la vitesse de la lumière à 308 000 km/s.
L'expérience Louis Fizeau
En 1849, le physicien français Louis Fizeau mena une expérience en 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 Roemer, la lumière parcourra cette distance en cent millièmes de seconde. Une telle précision horlogère était alors inaccessible. Fizeau utilise alors une roue dentée qui tourne de la source au miroir et du miroir à l'observateur, dont les dents bloquent périodiquement la lumière. Dans le cas où un faisceau lumineux de la source au miroir passait entre les dents et, au retour, heurtait une dent, le physicien doublait la vitesse de rotation de la roue. À mesure que la vitesse de rotation de la roue augmentait, la lumière cessa presque de disparaître jusqu'à ce que la vitesse de rotation atteigne 12,67 tours par seconde. A ce moment, la lumière disparut à nouveau.
Une telle observation signifiait que la lumière « heurtait » constamment 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 le double de la distance de la source au miroir, Fizeau a calculé la vitesse de la lumière, qui s'est avérée être égale à 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 de Fizeau fut tellement améliorée qu'une expérience similaire réalisée en 1950 par E. Bergstrand donna une valeur de vitesse de 299 793,1 km/s. Ce nombre ne diffère 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 des 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 augmentation supplémentaire de la précision de la mesure de la vitesse de la lumière dans le vide était impossible, non pas à cause des imperfections techniques des instruments, mais à cause de l'erreur de l'étalon du compteur lui-même. C'est pour cette raison qu'en 1983, la XVIIe 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 secondes.
Résumons-le
Ainsi, de tout ce qui précède, il résulte que la vitesse de la lumière dans le vide est une constante physique fondamentale qui apparaît dans de nombreuses théories fondamentales. Cette vitesse est absolue, c'est-à-dire qu'elle ne dépend pas du choix du système de référence, et est également égale à la vitesse maximale de transmission des informations. Non seulement les ondes électromagnétiques (la lumière), mais aussi toutes les particules sans masse se déplacent à cette vitesse. Y compris, vraisemblablement, le graviton, une particule d'ondes gravitationnelles. Entre autres choses, en raison d’effets relativistes, le temps de la lumière s’arrête littéralement.
De telles propriétés de la lumière, en particulier l'inapplicabilité du principe d'addition de vitesses, 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.
Bien avant que les scientifiques ne mesurent la vitesse de la lumière, ils ont dû travailler dur pour définir le concept même de « lumière ». Aristote fut l'un des premiers à y réfléchir, qui considérait la lumière comme une sorte de substance mobile se propageant dans l'espace. Son ancien collègue et disciple romain Lucretius Carus a insisté sur la structure atomique de la lumière.
Au XVIIe siècle, deux théories principales sur la nature de la lumière s'étaient formées : la théorie corpusculaire et la théorie ondulatoire. Newton était l'un des partisans du premier. Selon lui, toutes les sources lumineuses émettent de minuscules particules. Pendant le « vol », ils forment des lignes lumineuses – des rayons. Son adversaire, le scientifique néerlandais Christiaan Huygens, a insisté sur le fait que la lumière est une sorte de mouvement ondulatoire.
À la suite de conflits séculaires, les scientifiques sont parvenus à un consensus : les deux théories ont droit à la vie et la lumière est un spectre d'ondes électromagnétiques visible à l'œil nu.
Un peu d'histoire. Comment a-t-on mesuré la vitesse de la lumière ?
La plupart des scientifiques anciens étaient convaincus que la vitesse de la lumière est infinie. Cependant, les résultats des recherches de Galilée et Hooke ont permis de reconnaître son caractère extrême, ce qui a été clairement confirmé au XVIIe siècle par l'éminent astronome et mathématicien danois Olaf Roemer.
Il a effectué ses premières mesures en observant les éclipses de Io, le satellite de Jupiter, à une époque où Jupiter et la Terre étaient situées sur des côtés opposés par rapport au Soleil. Roemer a enregistré que lorsque la Terre s'éloignait de Jupiter d'une distance égale au diamètre de l'orbite terrestre, le temps de retard changeait. La valeur maximale était de 22 minutes. À la suite de calculs, il a obtenu une vitesse de 220 000 km/sec.
50 ans plus tard, en 1728, grâce à la découverte de l'aberration, l'astronome anglais J. Bradley « affine » ce chiffre à 308 000 km/sec. Plus tard, la vitesse de la lumière a été mesurée par les astrophysiciens français François Argot et Léon Foucault, obtenant une vitesse de 298 000 km/s. Une technique de mesure encore plus précise a été proposée par le créateur de l'interféromètre, le célèbre physicien américain Albert Michelson.
L'expérience de Michelson pour déterminer la vitesse de la lumière
Les expériences ont duré de 1924 à 1927 et consistaient en 5 séries d'observations. L'essence de l'expérience était la suivante. Une source lumineuse, un miroir et un prisme octogonal rotatif ont été installés sur le mont Wilson, à proximité de Los Angeles, et un miroir réfléchissant a été installé 35 km plus tard sur le mont San Antonio. Tout d'abord, la lumière traversant une lentille et une fente a frappé un prisme tournant avec un rotor à grande vitesse (à une vitesse de 528 rps).
Les participants aux expériences pouvaient ajuster la vitesse de rotation afin que l'image de la source lumineuse soit clairement visible dans l'oculaire. Puisque la distance entre les sommets et la fréquence de rotation étaient connues, Michelson a déterminé la vitesse de la lumière - 299 796 km/s.
Les scientifiques ont finalement décidé de la vitesse de la lumière dans la seconde moitié du XXe siècle, lorsque ont été créés les masers et les lasers, caractérisés par la plus grande stabilité de la fréquence de rayonnement. Au début des années 70, l’erreur de mesure était tombée à 1 km/s. En conséquence, sur recommandation de la XVe Conférence générale des poids et mesures, tenue en 1975, il a été décidé de supposer que la vitesse de la lumière dans le vide est désormais égale à 299792,458 km/s.
La vitesse de la lumière est-elle réalisable pour nous ?
De toute évidence, l’exploration des recoins les plus reculés de l’Univers est impensable sans des vaisseaux spatiaux volant à une vitesse énorme. De préférence à la vitesse de la lumière. Mais est-ce possible ?
La vitesse de la barrière lumineuse est une des conséquences de la théorie de la relativité. Comme vous le savez, augmenter la vitesse nécessite une énergie croissante. La vitesse de la lumière nécessiterait une énergie pratiquement infinie.
Hélas, les lois de la physique s’y opposent catégoriquement. À une vitesse du vaisseau spatial de 300 000 km/sec, les particules volant vers lui, par exemple les atomes d'hydrogène, se transforment en une source mortelle de rayonnement puissant égal à 10 000 sieverts/sec. C’est à peu près la même chose que d’être à l’intérieur du Grand collisionneur de hadrons.
Selon des scientifiques de l’Université Johns Hopkins, il n’existe pas dans la nature de protection adéquate contre un rayonnement cosmique aussi monstrueux. La destruction du navire sera complétée par l'érosion due aux effets de la poussière interstellaire.
Un autre problème lié à la vitesse de la lumière est la dilatation du temps. La vieillesse deviendra beaucoup plus longue. Le champ visuel sera également déformé, ce qui fera que la trajectoire du navire se déroulera comme à l'intérieur d'un tunnel, au bout duquel l'équipage verra un éclair brillant. Derrière le navire, il y aura une obscurité totale.
Ainsi, dans un futur proche, l’humanité devra limiter sa vitesse « appétits » à 10 % de la vitesse de la lumière. Cela signifie qu'il faudra environ 40 ans pour voler jusqu'à l'étoile la plus proche de la Terre, Proxima Centauri (4,22 années-lumière).
La lumière est l'un des concepts clés de la physique optique. La lumière est un rayonnement électromagnétique accessible à l’œil humain.
Pendant de nombreuses décennies, les meilleurs esprits se sont battus avec le problème de déterminer à quelle vitesse la lumière se déplace et à quoi elle est égale, ainsi qu'avec tous les calculs qui l'accompagnent. En 1676, une révolution se produit parmi les physiciens. Un astronome danois nommé Ole Roemer a réfuté l’affirmation selon laquelle la lumière voyage à travers l’univers à une vitesse illimitée.
En 1676, Ole Roemer détermina que la vitesse de la lumière dans le vide est 299792458 m/s.
Pour plus de commodité, ce chiffre a commencé à être arrondi. La valeur nominale de 300 000 m/s est encore utilisée aujourd'hui.
Dans des conditions normales pour nous, cette règle s'applique à tous les objets sans exception, y compris les rayons X, la lumière et les ondes gravitationnelles du spectre tangible à nos yeux.
Les physiciens modernes étudiant l'optique ont prouvé que la vitesse de la lumière présente plusieurs caractéristiques :
- constance;
- inaccessible;
- membre.
Vitesse de la lumière dans différents médias
Il faut rappeler que la constante physique dépend directement de son environnement, notamment de l'indice de réfraction. À cet égard, la valeur exacte peut changer car elle est déterminée par les fréquences.
La formule pour calculer la vitesse de la lumière s’écrit s = 3 * 10 ^ 8 m/s.
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La vitesse de la lumière dans l’eau diffère de la même vitesse dans le vide. Pour connaître sa valeur, vous devez diviser le nombre 299 792 458 par 1,33. Le résultat sera un nombre 225407km/s- c'est la vitesse de propagation de la lumière dans l'eau.
La vitesse de la lumière dans l'air en km est 1 079 252 848,8 (ou 299 700 km/sec). Pour le trouver, il faut diviser la vitesse de la lumière dans le vide par l'indice de réfraction de l'air. La réponse peut être affichée en kilomètres par heure ou en mètres par seconde.
La vitesse de la lumière est-elle la vitesse maximale possible ?
De nombreux écoliers et étudiants se demandent : quelle vitesse est supérieure à la vitesse de la lumière ? Existe-t-il une telle chose ? La réponse est claire : non !
La vitesse de propagation de la lumière dans le vide est considérée comme une valeur inaccessible. Les scientifiques ne sont pas parvenus à un consensus sur ce qui peut arriver aux atomes qui atteignent cette limite.
Entre autres choses, les chercheurs ont découvert qu’une particule ayant une masse peut approcher la vitesse d’un faisceau lumineux. Mais elle ne peut pas le rattraper, encore moins le dépasser. La vitesse maximale de la lumière reste inchangée pour l’instant.
L'estimation numérique la plus proche a été obtenue dans l'étude des rayons cosmiques. Ils ont été accélérés dans des accélérateurs de particules spécialement équipés, en tenant compte de la longueur d'onde.
Pourquoi ce numéro est-il si important ? Le fait est que le vide enveloppe tout l’espace. Connaissant le comportement de la lumière dans le vide, nous pouvons imaginer quelle est la vitesse maximale de déplacement dans notre Univers.
Pourquoi est-il impossible de voyager plus vite que la lumière ?
Alors pourquoi la constante CPC ne peut-elle pas être surmontée dans des conditions normales ? Sur la base de cette théorie, nous pouvons affirmer avec certitude que dans une situation d'excès, la loi fondamentale de la construction du monde sera violée, plus précisément la loi de la causalité. Selon cette loi, l’effet ne peut pas devancer sa cause.
Considérons ce paradoxe à l'aide d'un exemple précis : il ne peut pas arriver qu'un cerf tombe d'abord mort, et alors seulement le chasseur tire, le tuant. Ainsi, lorsque le SRS augmente, les actions qui se déroulent devraient commencer dans l'ordre inverse. En conséquence, le temps doit reculer, ce qui contredit toutes les lois établies de la physique.
Einstein et le vide : résultats finaux des calculs
Actuellement, la plupart des habitants de la planète savent que la valeur maximale autorisée pour le mouvement d'objets matériels et de divers signaux est la vitesse de la lumière dans le vide. Qui a été le premier à y penser ?
L'idée selon laquelle il est impossible de dépasser la vitesse de la lumière a été exprimée par le grand physicien Albert Einstein. Il formalise ses observations et les appelle la théorie de la relativité.
La plus grande théorie d’Einstein reste inébranlable. Cela le restera jusqu'à ce qu'une preuve réelle soit présentée qu'il est possible de transmettre un signal à une vitesse dépassant le SPC dans le vide. Ce moment ne viendra peut-être jamais.
Cependant, plusieurs études ont déjà été menées, laissant présager un désaccord avec certains points de la théorie la plus célèbre d'Einstein. Mesurer les vitesses supraluminiques est déjà possible dans des conditions données. Il est à noter que la théorie de la relativité n’est pas complètement violée.
La vitesse de la lumière dans différents milieux varie considérablement. La difficulté est que l’œil humain ne le voit pas dans toute la gamme spectrale. La nature de l’origine des rayons lumineux intéresse les scientifiques depuis l’Antiquité. Les premières tentatives pour calculer la vitesse de la lumière ont été faites dès 300 avant JC. À cette époque, les scientifiques ont déterminé que l’onde se propageait en ligne droite.
Réponse rapide
Ils ont réussi à décrire avec des formules mathématiques les propriétés de la lumière et la trajectoire de son mouvement. est devenu connu 2 mille ans après les premières recherches.
Qu'est-ce que le flux lumineux ?
Un faisceau lumineux est une onde électromagnétique combinée à des photons. Les photons sont considérés comme les éléments les plus simples, également appelés quanta du rayonnement électromagnétique. Le flux lumineux dans tous les spectres est invisible. Il ne se déplace pas dans l’espace au sens traditionnel du terme. Pour décrire l'état d'une onde électromagnétique avec des particules quantiques, la notion d'indice de réfraction d'un milieu optique est introduite.
Le flux lumineux est transféré dans l'espace sous la forme d'un faisceau de petite section. La méthode de déplacement dans l'espace est dérivée de méthodes géométriques. Il s'agit d'un faisceau rectiligne qui, à la frontière avec divers milieux, commence à se réfracter, formant une trajectoire curviligne. Les scientifiques ont prouvé que la vitesse maximale est créée dans le vide ; dans d'autres environnements, la vitesse de déplacement peut varier considérablement. Les scientifiques ont développé un système dans lequel un faisceau lumineux et une valeur dérivée constituent la base de la dérivation et de la lecture de certaines unités SI.
Quelques faits historiques
Il y a environ 900 ans, Avicena suggérait que, quelle que soit sa valeur nominale, la vitesse de la lumière avait une valeur finie. Galileo Galilei a tenté de calculer expérimentalement la vitesse de la lumière. À l’aide de deux lampes de poche, les expérimentateurs ont tenté de mesurer le temps pendant lequel un faisceau lumineux provenant d’un objet serait visible par un autre. Mais une telle expérience s’est avérée infructueuse. La vitesse était si élevée qu’ils n’ont pas pu détecter le temps de retard.
Galileo Galilei a remarqué que Jupiter avait un intervalle entre les éclipses de ses quatre satellites de 1 320 secondes. Sur la base de ces découvertes, en 1676, l'astronome danois Ole Roemer a calculé la vitesse de propagation d'un faisceau lumineux à 222 000 km/s. À cette époque, cette mesure était la plus précise, mais elle ne pouvait pas être vérifiée par des normes terrestres.
Après 200 ans, Louise Fizeau a pu calculer expérimentalement la vitesse d'un faisceau lumineux. Il a créé une installation spéciale avec un miroir et un mécanisme d'engrenage qui tournait à grande vitesse. Le flux lumineux était réfléchi par le miroir et revenait après 8 km. À mesure que la vitesse des roues augmentait, un moment s'est produit où le mécanisme d'engrenage a bloqué le faisceau. Ainsi, la vitesse du faisceau a été fixée à 312 000 kilomètres par seconde.
Foucault a amélioré cet équipement en réduisant les paramètres en remplaçant le mécanisme d'engrenage par un miroir plat. Sa précision de mesure s'est avérée la plus proche de la norme moderne et s'élevait à 288 000 mètres par seconde. Foucault a tenté de calculer la vitesse de la lumière dans un milieu étranger, en utilisant l'eau comme base. Le physicien a pu conclure que cette valeur n'est pas constante et dépend des caractéristiques de réfraction dans un milieu donné.
Un vide est un espace libre de matière. La vitesse de la lumière dans le vide dans le système C est désignée par la lettre latine C. Elle est inaccessible. Aucun élément ne peut être overclocké à une telle valeur. Les physiciens ne peuvent qu’imaginer ce qui pourrait arriver aux objets s’ils accéléraient à un tel point. La vitesse de propagation d'un faisceau lumineux a des caractéristiques constantes, elle est :
- constant et définitif;
- inaccessible et immuable.
Connaître cette constante permet de calculer la vitesse maximale à laquelle les objets peuvent se déplacer dans l'espace. La quantité de propagation d’un faisceau lumineux est reconnue comme une constante fondamentale. Il est utilisé pour caractériser l’espace-temps. Il s'agit de la valeur maximale autorisée pour les particules en mouvement. Quelle est la vitesse de la lumière dans le vide ? La valeur actuelle a été obtenue grâce à des mesures en laboratoire et à des calculs mathématiques. Elle égal à 299,792,458 mètres par seconde avec une précision de ± 1,2 m/s. Dans de nombreuses disciplines, y compris scolaires, des calculs approximatifs sont utilisés pour résoudre des problèmes. Un indicateur égal à 3 108 m/s est pris.
Les ondes lumineuses du spectre visible humain et les ondes de rayons X peuvent être accélérées jusqu'à des lectures proches de la vitesse de la lumière. Ils ne peuvent égaler cette constante, ni dépasser sa valeur. La constante a été dérivée du suivi du comportement des rayons cosmiques au moment de leur accélération dans des accélérateurs spéciaux. Cela dépend du milieu inertiel dans lequel se propage le faisceau. Dans l'eau, la transmission de la lumière est 25 % inférieure, et dans l'air, elle dépendra de la température et de la pression au moment des calculs.
Tous les calculs ont été effectués en utilisant la théorie de la relativité et la loi de causalité dérivée d'Einstein. Le physicien estime que si les objets atteignent une vitesse de 1 079 252 848,8 kilomètres/heure et la dépassent, des changements irréversibles se produiront dans la structure de notre monde et le système s'effondrera. Le compte à rebours va commencer, perturbant l’ordre des événements.
La définition du mètre est dérivée de la vitesse d'un rayon lumineux. On entend par là la zone qu'un faisceau lumineux parvient à parcourir en 1/299792458 de seconde. Ce concept ne doit pas être confondu avec la norme. L'étalon du compteur est un dispositif technique spécial à base de cadmium avec un ombrage qui permet de voir physiquement une distance donnée.
Bien que dans la vie de tous les jours, il soit rare que quiconque puisse calculer directement la vitesse de la lumière, l'intérêt pour cette question se manifeste dès l'enfance. Étonnamment, nous rencontrons tous chaque jour le signe de la constante de vitesse de propagation des ondes électromagnétiques. La vitesse de la lumière est une grandeur fondamentale grâce à laquelle l’Univers entier existe exactement tel que nous le connaissons.
Certes, tout le monde, observant dans son enfance un éclair et le coup de tonnerre qui s'ensuivit, a essayé de comprendre ce qui avait causé le retard entre le premier et le deuxième phénomène. Un simple raisonnement mental a rapidement conduit à une conclusion logique : la vitesse de la lumière et celle du son sont différentes. Ceci est la première introduction à deux grandeurs physiques importantes. Par la suite, quelqu'un a reçu les connaissances nécessaires et a pu facilement expliquer ce qui se passait. Quelle est la cause du comportement étrange du tonnerre ? La réponse est que la vitesse de la lumière, qui est d'environ 300 000 km/s, est presque un million de fois supérieure à la vitesse de propagation dans l'air (330 m/s). Par conséquent, une personne voit d'abord la foudre et seulement après un certain temps, elle entend le rugissement du tonnerre. Par exemple, s'il y a 1 km entre l'épicentre et l'observateur, la lumière parcourra cette distance en 3 microsecondes, mais le son prendra jusqu'à 3 s. Connaissant la vitesse de la lumière et le temps de retard entre le flash et le tonnerre, vous pouvez calculer la distance.
Des tentatives pour le mesurer sont faites depuis longtemps. Maintenant, c'est assez drôle de lire sur les expériences menées, cependant, à cette époque lointaine, avant l'avènement des instruments de précision, tout était plus que sérieux. En essayant de découvrir quelle est la vitesse de la lumière, une expérience intéressante a été réalisée. À une extrémité du wagon d'un train à grande vitesse se trouvait un homme avec un chronomètre précis, et de l'autre côté, son assistant de l'équipe ouvrait le volet de la lampe. Selon l'idée, le chronomètre était censé permettre de déterminer la vitesse de propagation des photons de lumière. De plus, en changeant les positions de la lampe et du chronomètre (tout en conservant le sens de déplacement du train), il serait possible de savoir si la vitesse de la lumière est constante, ou si elle peut être augmentée/diminuée (en fonction de la direction du faisceau, théoriquement, la vitesse du train pourrait influencer la vitesse mesurée dans l'expérience). Bien entendu, l’expérience fut un échec, puisque la vitesse de la lumière et l’enregistrement par un chronomètre sont incomparables.
Pour la première fois, la mesure la plus précise a été réalisée en 1676 grâce aux observations d'Olaf Roemer qui a remarqué que l'apparence réelle d'Io et les données calculées différaient de 22 minutes. À mesure que les planètes se rapprochaient, le retard diminuait. Connaissant la distance, il était possible de calculer la vitesse de la lumière. C'était environ 215 000 km/s. Puis, en 1926, D. Bradley, alors qu'il étudiait les changements dans la position apparente des étoiles (aberration), attira l'attention sur un motif. L'emplacement de l'étoile changeait en fonction de la période de l'année. Par conséquent, la position de la planète par rapport au Soleil a eu une influence. Une analogie peut être donnée : les gouttes de pluie. Sans vent, ils volent verticalement vers le bas, mais dès qu'ils courent, leur trajectoire apparente change. Connaissant la vitesse de rotation de la planète autour du Soleil, il a été possible de calculer la vitesse de la lumière. Cela s'élevait à 301 mille km/s.
En 1849, A. Fizeau réalisa l'expérience suivante : entre une source lumineuse et un miroir distant de 8 km, il y en avait un en rotation. La vitesse de sa rotation était augmentée jusqu'à ce que dans l'intervalle suivant le flux de lumière réfléchie se transforme en un flux constant. (sans scintillement). Les calculs ont donné 315 000 km/s. Trois ans plus tard, L. Foucault utilisait un miroir rotatif et obtenait 298 000 km/s.
Les expériences ultérieures sont devenues de plus en plus précises, prenant en compte la réfraction dans l'air, etc. Actuellement, les données obtenues à l'aide d'une horloge au césium et d'un faisceau laser sont considérées comme pertinentes. Selon eux, cela équivaut à 299 mille km/s.
