Hvordan kender du hastigheden på en elektromagnetisk bølge i vakuum?

Hastigheden af ​​en elektromagnetisk bølge i et vakuum, der er betegnet med bogstavet 'C', er en grundlæggende konstant af naturen. Vi kender dens værdi gennem en kombination af eksperimentelle målinger og teoretisk forståelse. Her er hvordan:

1. Maxwells ligninger:

* I det 19. århundrede formulerede James Clerk Maxwell et sæt ligninger, der forenede elektricitet og magnetisme. Disse ligninger forudsagde eksistensen af ​​elektromagnetiske bølger og gav også en måde at beregne deres hastighed på.

* Maxwells ligninger relaterer lysets hastighed (c) til permittiviteten (ε₀) og permeabilitet (μ₀) af fri plads:

* c =1 / √ (ε₀μ₀)

2. Eksperimentel verifikation:

* Direkte måling: Lysets hastighed er blevet målt direkte ved hjælp af forskellige teknikker, herunder:

* roterende spejleksperimenter: Disse eksperimenter bruger spejle, der roterer i høje hastigheder for at måle den tid, det tager for lys at rejse en kendt afstand.

* interferometri: Denne teknik bruger interferensmønstrene for lysbølger til at måle lysets hastighed med høj præcision.

* Indirekte målinger: Lysets hastighed kan også udledes indirekte ved at observere lysets opførsel i forskellige situationer:

* Måling af frekvensen og bølgelængden af ​​lys: Lysets hastighed er produktet af dets frekvens og bølgelængde (C =fλ). Ved nøjagtigt at måle disse værdier kan lysets hastighed bestemmes.

* Observation af afbøjning af lys ved massive genstande: Bøjning af lys omkring massive genstande, som forudsagt af generel relativitet, er afhængig af lysets hastighed.

3. Værdien af ​​'C':

* Gennem disse forskellige eksperimentelle og teoretiske metoder er lysets hastighed i et vakuum bestemt til at være ca. 299.792.458 meter per sekund (m/s) .

* Denne værdi er så grundlæggende, at den nu bruges til at definere længden af ​​en meter, hvilket gør den til en nøjagtig værdi.

Sammenfattende kommer vores viden om lysets hastighed i et vakuum fra en kombination af teoretiske forudsigelser baseret på Maxwells ligninger og et væld af eksperimentelle målinger, der har bekræftet disse forudsigelser.