Hvorfor bevæger et vakuum og elektromagnetisk bølge den samme hastighed?

Det faktum, at både et vakuum og en elektromagnetisk bølge -rejse med samme hastighed ikke kun er en tilfældighed; Det er en grundlæggende forbindelse, der er forankret i selve lys og elektromagnetisme. Her er hvorfor:

1. Lys er en elektromagnetisk bølge:

* Lys er i det væsentlige en elektromagnetisk bølge. Det består af svingende elektriske og magnetiske felter, der rejser vinkelret på hinanden og til retningen af ​​bølgeforplantning.

* Disse felter er sammenflettet, hvilket betyder, at en ændring i det ene felt skaber en ændring i det andet, ved at forevige bølgen.

2. Maxwells ligninger:

* James Clerk Maxwell formulerede i det 19. århundrede et sæt ligninger, der forenede elektricitet og magnetisme.

* Disse ligninger, kendt som Maxwells ligninger, forudsiger eksistensen af ​​elektromagnetiske bølger og viser, at deres hastighed i et vakuum bestemmes af to grundlæggende konstanter:permittiviteten af ​​fri plads (ε₀) og permeabiliteten af ​​fri plads (μ₀).

* Disse konstanter beskriver i det væsentlige, hvordan elektriske og magnetiske felter interagerer med plads.

3. Lysets hastighed:

* Lysets hastighed i et vakuum (C) beregnes som: C =1/√ (ε₀μ₀)

* Denne ligning fortæller os, at lysets hastighed ikke er vilkårlig, men direkte relateret til de grundlæggende egenskaber i selve rummet.

4. Hvorfor den samme hastighed:

* Da elektromagnetiske bølger er selve manifestationen af ​​disse elektriske og magnetiske felter, der interagerer med rummet, er de bundet til at rejse med den hastighed, der er dikteret af disse grundlæggende konstanter.

* Derfor deler både vakuumet, der repræsenterer fraværet af stof og baggrundsmediet til interaktion mellem disse felter, og elektromagnetiske bølger (inklusive lys) den samme hastighed.

Kortfattet:

Lysets hastighed i et vakuum er ikke en tilfældighed; Det er en direkte konsekvens af det grundlæggende forhold mellem elektromagnetisme og egenskaberne ved rummet. Elektromagnetiske bølger, der er manifestationen af ​​denne interaktion, bevæger sig iboende med samme hastighed som selve vakuumet.