Hvordan kender du hastigheden af ​​en elektromagnetisk bølge i et vakuum?

1. Maxwells ligninger:

* James Clerk Maxwell udviklede i det 19. århundrede et sæt ligninger, der beskriver opførslen af ​​elektriske og magnetiske felter. Disse ligninger afslørede et grundlæggende forhold mellem lysets hastighed, permittiviteten af ​​fri plads (ε₀) og permeabiliteten af ​​fri plads (μ₀).

* Ligningen er: c =1 / √ (ε₀μ₀)

2. Eksperimentel verifikation:

* Fizeaus eksperiment (1849): Hippolyte fizeau målte lysets hastighed ved hjælp af et roterende tandhjul og et spejl. Han lyste lys gennem hullerne i det roterende hjul og reflekterede det tilbage på sig selv. Ved at måle rotationshastigheden på hjulet og afstanden lyset rejste, beregnet han lysets hastighed.

* Michelson-Morley Experiment (1887): Dette eksperiment forsøgte at detektere et hypotetisk medium kaldet "luminiferous aether", gennem hvilket lys blev antaget at forplantes. Eksperimentet kunne ikke registrere dette medium, hvilket i sidste ende førte til den specielle relativitetsteori.

* Moderne teknikker: I dag måles lysets hastighed med utrolig nøjagtighed ved hjælp af sofistikerede teknikker såsom interferometri og laserspektroskopi.

3. Vakuumets rolle:

* Lysets hastighed i et vakuum er den højest mulige hastighed for enhver fysisk enhed.

* Lysets hastighed i et medium (som luft eller vand) er altid langsommere end i et vakuum, fordi lyset interagerer med mediets atomer og molekyler.

Værdi af lysets hastighed:

Lysets hastighed i et vakuum, C , er cirka:

* 299.792.458 meter i sekundet (m/s)

Betydning:

Lysets hastighed er en afgørende konstant i fysik, der spiller en grundlæggende rolle i:

* Særlig relativitet: Einsteins teori om særlig relativitet er bygget på princippet om, at lysets hastighed er konstant for alle observatører, uanset deres egen bevægelse.

* Elektromagnetisme: Lysets hastighed er direkte relateret til de grundlæggende konstanter inden for elektricitet og magnetisme.

* kosmologi: Lysets hastighed bruges til at måle afstande i universet og til at forstå udvidelsen af ​​universet.

Sammenfattende kender vi lysets hastighed i et vakuum gennem en kombination af Maxwells ligninger, eksperimentel verifikation og dens grundlæggende rolle inden for forskellige fysikområder.