La vitesse de la lumière est la distance parcourue par la lumière par unité de temps. Cette valeur dépend de la substance dans laquelle la lumière se propage.

Dans le vide, la vitesse de la lumière est de 299 792 458 m/s. C’est la vitesse la plus élevée pouvant être atteinte. Lors de la résolution de problèmes ne nécessitant pas de précision particulière, cette valeur est prise égale à 300 000 000 m/s. On suppose que tous les types de rayonnements électromagnétiques se propagent dans le vide à la vitesse de la lumière : ondes radio, rayonnement infrarouge, lumière visible, rayonnement ultraviolet, rayons X, rayonnement gamma. Il est désigné par une lettre Avec .

Comment a-t-on déterminé la vitesse de la lumière ?

DANS les temps anciens Les scientifiques pensaient que la vitesse de la lumière était infinie. Plus tard, des discussions sur cette question ont commencé entre scientifiques. Kepler, Descartes et Fermat étaient d'accord avec l'opinion des scientifiques anciens. Et Galilée et Hooke pensaient que, même si la vitesse de la lumière était très élevée, elle avait toujours une valeur finie.

Galilée Galilée

L'un des premiers à tenter de mesurer la vitesse de la lumière fut le scientifique italien Galileo Galilei. Pendant l’expérience, lui et son assistant se trouvaient sur des collines différentes. Galilée ouvrit le volet de sa lanterne. Au moment où l'assistant apercevait cette lumière, il devait faire les mêmes actions avec sa lanterne. Le temps qu'il a fallu à la lumière pour voyager de Galilée à l'assistant et revenir s'est avéré si court que Galilée s'est rendu compte que la vitesse de la lumière est très élevée et qu'il est impossible de la mesurer à une distance aussi courte, car la lumière parcourt presque immédiatement. Et le temps qu’il a enregistré ne montre que la vitesse de réaction d’une personne.

La vitesse de la lumière a été déterminée pour la première fois en 1676 par l'astronome danois Olaf Roemer à l'aide de distances astronomiques. En utilisant un télescope pour observer l'éclipse de la lune Io de Jupiter, il a découvert que lorsque la Terre s'éloigne de Jupiter, chaque éclipse suivante se produit plus tard que prévu. Le délai maximum, lorsque la Terre se déplace de l'autre côté du Soleil et s'éloigne de Jupiter à une distance égale au diamètre de l'orbite terrestre, est de 22 heures. Bien que le diamètre exact de la Terre ne soit pas connu à cette époque, le scientifique a divisé sa valeur approximative par 22 heures et a obtenu une valeur d'environ 220 000 km/s.

Olaf Römer

Le résultat obtenu par Roemer a suscité la méfiance des scientifiques. Mais en 1849, le physicien français Armand Hippolyte Louis Fizeau mesura la vitesse de la lumière grâce à la méthode de l'obturateur rotatif. Dans son expérience, la lumière d’une source passait entre les dents d’une roue en rotation et était dirigée vers un miroir. Réfléchi de lui, il revint. La vitesse de rotation de la roue a augmenté. Lorsqu'il atteignait une certaine valeur, le faisceau réfléchi par le miroir était retardé par une dent en mouvement, et l'observateur ne voyait rien à ce moment-là.

L'expérience de Fizeau

Fizeau a calculé la vitesse de la lumière comme suit. La lumière passe son chemin L de la roue au miroir en un temps égal à t1 = 2L/c . Le temps qu'il faut à la roue pour tourner d'une demi-fente est t 2 = T/2N , Où T - période de rotation des roues, N - nombre de dents. Vitesse de rotation v = 1/T . Le moment où l'observateur ne voit pas la lumière se produit lorsque t 1 = t 2 . De là, nous obtenons la formule pour déterminer la vitesse de la lumière :

c = 4LNv

Après avoir effectué des calculs selon cette formule, Fizeau a déterminé que Avec = 313 000 000 m/s. Ce résultat était beaucoup plus précis.

Armand Hippolyte Louis Fizeau

En 1838, le physicien et astronome français Dominique François Jean Arago proposa d'utiliser la méthode du miroir tournant pour calculer la vitesse de la lumière. Cette idée a été mise en pratique par le physicien, mécanicien et astronome français Jean Bernard Léon Foucault, qui a obtenu en 1862 la valeur de la vitesse de la lumière (298 000 000 ± 500 000) m/s.

Dominique François Jean Arago

En 1891, le résultat de l’astronome américain Simon Newcome s’est avéré être un ordre de grandeur plus précis que celui de Foucault. Grâce à ses calculs Avec = (99 810 000 ± 50 000) m/s.

Les recherches du physicien américain Albert Abraham Michelson, qui a utilisé un dispositif à miroir octogonal rotatif, ont permis de déterminer avec encore plus de précision la vitesse de la lumière. En 1926, le scientifique a mesuré le temps nécessaire à la lumière pour parcourir la distance entre les sommets de deux montagnes, égale à 35,4 km, et a obtenu Avec = (299 796 000 ± 4 000) m/s.

La mesure la plus précise a été réalisée en 1975. La même année, la Conférence générale des poids et mesures recommandait que la vitesse de la lumière soit considérée comme égale à 299 792 458 ± 1,2 m/s.

De quoi dépend la vitesse de la lumière ?

La vitesse de la lumière dans le vide ne dépend ni du référentiel ni de la position de l'observateur. Elle reste constante, égale à 299 792 458 ± 1,2 m/s. Mais dans divers milieux transparents, cette vitesse sera inférieure à sa vitesse sous vide. Tout support transparent possède une densité optique. Et plus il est élevé, plus la vitesse de la lumière s'y propage lentement. Par exemple, la vitesse de la lumière dans l'air est supérieure à sa vitesse dans l'eau, et dans le verre optique pur, elle est inférieure à celle dans l'eau.

Si la lumière passe d’un milieu moins dense à un milieu plus dense, sa vitesse diminue. Et si la transition se produit d'un milieu plus dense à un milieu moins dense, alors la vitesse, au contraire, augmente. Cela explique pourquoi le faisceau lumineux est dévié à la limite de transition entre deux milieux.

Vraiment, comment ? Comment mesurer le plus grande vitesse dans Univers dans nos modestes conditions terrestres ? Nous n'avons plus besoin de nous creuser la tête à ce sujet - après tout, pendant plusieurs siècles, de nombreuses personnes ont travaillé sur cette question, développant des méthodes de mesure de la vitesse de la lumière. Commençons l'histoire dans l'ordre.

Vitesse de la lumière– vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans le vide. Il est désigné par la lettre latine c. La vitesse de la lumière est d'environ 300 000 000 m/s.

Au début, personne n’avait pensé à la question de la mesure de la vitesse de la lumière. Il y a de la lumière, c'est génial. Puis, à l'époque de l'Antiquité, parmi philosophes érudits L’opinion dominante était que la vitesse de la lumière est infinie, c’est-à-dire instantanée. Puis c'est arrivé Moyen-âge avec l'Inquisition, lorsque la question principale des penseurs et des progressistes était « Comment éviter d'être pris dans l'incendie ? Et seulement à des époques Renaissance Et Éclaircissement Les avis des scientifiques se multiplièrent et, bien entendu, furent partagés.

Donc, Descartes, Kepler Et Fermeétaient du même avis que les scientifiques de l’Antiquité. Mais il pensait que la vitesse de la lumière était limitée, bien que très élevée. En fait, il a réalisé la première mesure de la vitesse de la lumière. Plus précisément, il a fait la première tentative de la mesurer.

L'expérience de Galilée

Expérience Galilée Galilée était brillant dans sa simplicité. Le scientifique a mené une expérience pour mesurer la vitesse de la lumière, armé de moyens simples et improvisés. À une distance grande et bien connue l'un de l'autre, sur des collines différentes, Galilée et son assistant se tenaient avec des lanternes allumées. L'un d'eux ouvrit le volet de la lanterne, et le second dut faire de même lorsqu'il aperçut la lumière de la première lanterne. Connaissant la distance et le temps (le délai avant que l'assistant ouvre la lanterne), Galilée s'attendait à calculer la vitesse de la lumière. Malheureusement, pour que cette expérience réussisse, Galilée et son assistant ont dû choisir des collines distantes de plusieurs millions de kilomètres. Je tiens à vous rappeler que vous pouvez le faire en remplissant une demande sur le site Internet.

Expériences Roemer et Bradley

La première expérience réussie et étonnamment précise pour déterminer la vitesse de la lumière fut celle d'un astronome danois. Olaf Römer. Roemer a utilisé la méthode astronomique pour mesurer la vitesse de la lumière. En 1676, il observa le satellite de Jupiter Io à travers un télescope et découvrit que l'heure de l'éclipse du satellite change à mesure que la Terre s'éloigne de Jupiter. Durée maximale le retard était de 22 minutes. En calculant que la Terre s'éloigne de Jupiter à une distance égale au diamètre de l'orbite terrestre, Roemer a divisé la valeur approximative du diamètre par le temps de retard et a obtenu une valeur de 214 000 kilomètres par seconde. Bien sûr, un tel calcul était très approximatif, les distances entre les planètes n'étaient connues qu'approximativement, mais le résultat s'est avéré relativement proche de la vérité.

L'expérience de Bradley. En 1728 James Bradley estimé la vitesse de la lumière en observant l'aberration des étoiles. Abbération est un changement dans la position apparente d'une étoile provoqué par le mouvement de la terre sur son orbite. Connaissant la vitesse de la Terre et mesurant l'angle d'aberration, Bradley a obtenu une valeur de 301 000 kilomètres par seconde.

L'expérience de Fizeau

Grâce à l'expérience de Roemer et Bradley, l'époque monde scientifique a réagi avec incrédulité. Cependant, le résultat de Bradley était le plus précis depuis plus de cent ans, jusqu'en 1849. Cette année-là, un scientifique français Armand Fizeau mesuré la vitesse de la lumière en utilisant la méthode de l'obturateur rotatif, sans observer corps célestes, mais ici sur Terre. En fait, il s’agissait de la première méthode de laboratoire permettant de mesurer la vitesse de la lumière depuis Galilée. Vous trouverez ci-dessous un schéma de la configuration de son laboratoire.

La lumière réfléchie par le miroir passait à travers les dents de la roue et était réfléchie par un autre miroir situé à 8,6 kilomètres. La vitesse de la roue a été augmentée jusqu'à ce que la lumière devienne visible dans l'espace suivant. Les calculs de Fizeau ont donné un résultat de 313 000 kilomètres par seconde. Un an plus tard, une expérience similaire avec un miroir tournant fut réalisée par Léon Foucault, qui obtint un résultat de 298 000 kilomètres par seconde.

Avec l'avènement des masers et des lasers, les gens disposent de nouvelles opportunités et moyens de mesurer la vitesse de la lumière, et le développement de la théorie a également permis de calculer la vitesse de la lumière indirectement, sans effectuer de mesures directes.

La valeur la plus précise de la vitesse de la lumière

L'humanité a accumulé une vaste expérience dans la mesure de la vitesse de la lumière. Aujourd’hui, la valeur la plus précise de la vitesse de la lumière est considérée comme 299 792 458 mètres par seconde, reçu en 1983. Il est intéressant de noter qu'une mesure plus précise de la vitesse de la lumière s'est avérée impossible en raison d'erreurs de mesure. mètres. Actuellement, la valeur d'un mètre est liée à la vitesse de la lumière et est égale à la distance parcourue par la lumière en 1/299 792 458 de seconde.

Enfin, comme toujours, nous vous suggérons de regarder une vidéo éducative. Mes amis, même si vous êtes confronté à une tâche telle que mesurer indépendamment la vitesse de la lumière à l'aide de moyens improvisés, vous pouvez demander de l'aide en toute sécurité à nos auteurs. Vous pouvez remplir une demande sur le site Web Correspondence Student. Nous vous souhaitons une étude agréable et facile !

(y compris la lumière) ; l'un des fonds physique permanent; représente la vitesse maximale de propagation de tout physique. influences (voir Théorie de la relativité) et est invariant lors du passage d'un système de référence à un autre.

S.s. dans l'environnement Avec" dépend de l'indice de réfraction n du milieu, qui est différent pour différentes fréquences v ( Dispersion de la lumière) :. Cette dépendance conduit à la différence vitesse de groupe depuis vitesse de phase lumière dans l'environnement, si l'on ne parle pas de monochromatique. lumière (pour le rayonnement solaire dans le vide, ces deux quantités coïncident). En déterminant expérimentalement Avec", mesurez toujours le groupe S. s. ou ce qu'on appelle vitesse du signal, ou taux de transfert d'énergie, uniquement dans certains cas particuliers. cas non égaux à celui du groupe.

Pour la première fois S. s. déterminé en 1676 par O. Ch. Roemer à partir des changements dans les intervalles de temps entre les éclipses des satellites de Jupiter. En 1728, il fut établi par J. Bradley, sur la base de ses observations de l'aberration de la lumière des étoiles. En 1849, A.I.L. Fizeau fut le premier à mesurer S. s. au moment où il faut à la lumière pour parcourir une distance (base) précisément connue ; L’indice de réfraction de l’air étant très peu différent de 1, les mesures au sol donnent une valeur très proche de c. Dans l'expérience de Fizeau, un faisceau de lumière provenant d'une source S(Fig. 1), réfléchi par un miroir translucide N, périodiquement interrompu par un disque denté en rotation W, a dépassé la base MN(environ 8 km) n, réfléchi par le miroir M, renvoyé sur le disque. En heurtant une dent, la lumière n'atteignait pas l'observateur et la lumière tombant entre les dents pouvait être observée à travers l'oculaire. E. Sur la base des vitesses de rotation connues du disque, le temps nécessaire à la lumière pour traverser la base a été déterminé. Fizeau obtient la valeur c = 313300 km/s En 1862, J. B. L. Foucault met en œuvre l'idée exprimée en 1838 par D. Arago, en utilisant un miroir à rotation rapide (512 tr/min) au lieu d'un disque denté c). Réfléchi par le miroir, le faisceau de lumière était dirigé vers la base et, à son retour, tombait à nouveau sur le même miroir, qui avait le temps de tourner d'un certain petit angle (Fig. 2). Avec une base de seulement 20 m, Foucault a constaté que S. s. égale à 298 000 500 km/s. Schémas et bases les idées des expériences de Fizeau et Foucault ont été utilisées à plusieurs reprises dans les travaux ultérieurs sur la définition de S. s. Obtenu par A. Michelson (voir. Expérience Michelson) en 1926, la valeur du km/s était alors la plus précise et fut incluse dans l'international. tables physiques quantités

Riz. 1. Détermination de la vitesse de la lumière par la méthode Fizeau.

Riz. 2. Détermination de la vitesse de la lumière par la méthode du miroir tournant (méthode Foucault) : S - source lumineuse ; R - miroir à rotation rapide ; C est un miroir concave fixe dont le centre coïncide avec l'axe de rotation R (la lumière réfléchie par C retombe donc toujours sur R) ; Miroir M-translucide ; L - lentille ; E - oculaire ; RC - distance mesurée avec précision (base). La ligne pointillée montre la position R, qui a changé pendant le temps où la lumière parcourt le chemin RC et retour, et le chemin inverse du faisceau de rayons à travers la lentille L, qui collecte le faisceau réfléchi au point S", et non plus au point S, comme ce serait le cas avec un miroir stationnaire L. Les feux de vitesse sont réglés en mesurant le déplacement SS".

Mesures de S. s. au 19ème siècle a joué un rôle important dans la confirmation de la théorie ondulatoire de la lumière. Une comparaison de S. s. faite par Foucault en 1850. la même fréquence v dans l'air et dans l'eau a montré que la vitesse dans l'eau est conforme à la prédiction de la théorie des vagues. Un lien entre l'optique et la théorie de l'électromagnétisme a également été établi : mesuré S. s. coïncidait avec la vitesse de l'el-magn. ondes calculées à partir du rapport el-magnétique. et el-statique. unités d'électricité charge [expériences de W. Weber et F. Kohlrausch en 1856 et mesures ultérieures plus précises de J. C. Maxwell]. Cette coïncidence fut l'un des points de départ de la création par Maxwell de l'aimant électrique en 1864-1873. théories de la lumière.

Dans le moderne mesures de S. s. modernisé est utilisé. Méthode Fizeau (méthode de modulation) avec remplacement d'une roue dentée par un élément électro-optique, ., interférentiel ou autre. un autre modulateur de lumière qui interrompt ou affaiblit complètement le faisceau lumineux (voir Modulation de la lumière Le récepteur de rayonnement est une photocellule ou tube photomultiplicateur.Application laser comme source lumineuse, modulateur ultrasonique avec stabilisateur. La fréquence et l’augmentation de la précision de mesure de la longueur de base ont permis de réduire les erreurs de mesure et d’obtenir une valeur de km/s. En plus des mesures directes de S. s. en fonction du temps de passage d'une base connue, des méthodes indirectes sont largement utilisées, donnant une plus grande précision. Donc, en utilisant des aspirateurs à micro-ondes. [À. Froome (K. Froome), 1958] à une longueur d'onde de rayonnement = 4 cm, la valeur km/s a été obtenue. S. s. est déterminé avec une erreur encore plus petite. comme le quotient de division de trouvés indépendamment et v atomique ou moléculaire raies spectrales. K. Evenson et ses associés en 1972 sur l'étalon de fréquence au césium (voir Étalons de fréquence quantique) a trouvé la fréquence de rayonnement du laser CH 4 avec une précision allant jusqu'au 11ème chiffre et, en utilisant l'étalon de fréquence du krypton, sa longueur d'onde (environ 3,39 μm) et a obtenu ± 0,8 m/s. Par décision Assemblée générale Comité international selon les données numériques pour la science et la technologie - KODATA (1973), qui a analysé toutes les données disponibles, leur fiabilité et leurs erreurs, S. p. dans le vide est considéré comme égal à 299792458 ±1,2 m/s.

La mesure la plus précise de c est extrêmement importante non seulement pour les questions théoriques générales. plan et pour déterminer la valeur des autres éléments physiques. quantités, mais aussi à des fins pratiques. objectifs. Il s'agit notamment de la détermination de distances basée sur le temps de parcours de signaux radio ou lumineux dans radar, télémétrie optique, télémétrie lumineuse, dans les systèmes de suivi par satellite, etc.

Lit. : Vafiadi V.G., Popov V., Vitesse de la lumière et son importance dans la science et la technologie, Minsk, 1970 ; Taylor W., Parker W., Langenberg D., Constantes fondamentales et quantique, trans. de l'anglais, M., 1972. A. M. Bonch-Bruevitch.

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. Pour tenter de découvrir quelle est la vitesse de la lumière, une étude a été réalisée expérience intéressante. À une extrémité du wagon du train à grande vitesse, il y avait un homme avec un chronomètre précis, et à côté opposé son assistant de l'équipe a ouvert l'obturateur 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 devienne 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.

épigraphe
L'enseignant demande : Les enfants, quelle est la chose la plus rapide au monde ?
Tanechka dit : Le mot le plus rapide. Je viens de dire, tu ne reviendras pas.
Vanechka dit : Non, la lumière est la plus rapide.
Dès que j’ai appuyé sur l’interrupteur, la pièce est immédiatement devenue lumineuse.
Et Vovochka objecte : La chose la plus rapide au monde est la diarrhée.
Une fois, j'étais si impatient que je n'ai pas dit un mot
Je n’ai pas eu le temps de dire quoi que ce soit ni d’allumer la lumière.

Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi la vitesse de la lumière est maximale, finie et constante dans notre Univers ? C'est une question très intéressante, et tout de suite, en guise de spoiler, je vais la dévoiler terrible secret la réponse est que personne ne sait exactement pourquoi. La vitesse de la lumière est prise, c'est-à-dire mentalement accepté pour une constante, et sur ce postulat, ainsi que sur l'idée que tous les référentiels inertiels sont égaux, Albert Einstein a construit sa théorie restreinte de la relativité, qui fait chier les scientifiques depuis cent ans, permettant à Einstein de tirer la langue au monde en toute impunité et souriant dans sa tombe face aux dimensions du cochon qu'il a planté sur toute l'humanité.

Mais pourquoi, en fait, est-il si constant, si maximum et si final, il n'y a pas de réponse, ce n'est qu'un axiome, c'est-à-dire une déclaration prise sur la foi, confirmée par des observations et le bon sens, mais non déductible logiquement ou mathématiquement de nulle part. Et il est fort probable que ce ne soit pas si vrai, mais personne n'a encore pu le réfuter avec aucune expérience.

J'ai mes propres réflexions à ce sujet, j'y reviendrai plus tard, mais pour l'instant, gardons les choses simples, sur vos doigts™ Je vais essayer de répondre à au moins une partie : que signifie la vitesse de la lumière « constante ».

Non, je ne vais pas vous ennuyer avec des expériences de réflexion sur ce qui se passerait si vous allumiez les phares d’une fusée volant à la vitesse de la lumière, etc., c’est un peu hors sujet maintenant.

Si vous regardez dans un ouvrage de référence ou sur Wikipédia, la vitesse de la lumière dans le vide est définie comme une constante physique fondamentale qui exactementégal à 299 792 458 m/s. Eh bien, en gros, ce sera environ 300 000 km/s, mais si tout à fait vrai- 299 792 458 mètres par seconde.

Il semblerait, d'où vient une telle précision ? Toute constante mathématique ou physique, quelle qu'elle soit, même Pi, même la base du logarithme népérien e, même la constante gravitationnelle G, ou la constante de Planck h, contiennent toujours quelques nombres après la virgule. Dans Pi, environ 5 000 milliards de ces décimales sont actuellement connues (bien que seuls les 39 premiers chiffres aient une signification physique), la constante gravitationnelle est aujourd'hui définie comme G ~ 6,67384(80)x10 -11, et la constante Plank h~ 6,62606957(29)x10-34 .

La vitesse de la lumière dans le vide est lisse 299 792 458 m/s, ni un centimètre de plus, ni une nanoseconde de moins. Vous voulez savoir d'où vient cette précision ?

Tout a commencé comme d’habitude avec les Grecs de l’Antiquité. La science en tant que telle, au sens moderne du terme, n’existait pas chez eux. Philosophes Grèce antique C'est pourquoi on les appelait philosophes, parce qu'ils ont d'abord inventé des conneries dans leur tête, puis, à l'aide de conclusions logiques (et parfois d'expériences physiques réelles), ils ont essayé de les prouver ou de les réfuter. Cependant, l'utilisation de mesures et de phénomènes physiques réels était considérée par eux comme une preuve de « seconde classe », qui ne peut être comparée aux conclusions logiques de première classe obtenues directement de la tête.

La première personne à avoir réfléchi à l'existence de la vitesse propre de la lumière est considérée comme le philosophe Empidocle, qui a déclaré que la lumière est un mouvement et que le mouvement doit avoir une vitesse. Aristote s’y est opposé, qui soutenait que la lumière est simplement la présence de quelque chose dans la nature, et c’est tout. Et rien ne bouge nulle part. Mais c'est autre chose ! Euclide et Ptolémée croyaient généralement que la lumière est émise par nos yeux, puis tombe sur les objets, et donc nous les voyons. En bref, les anciens Grecs étaient aussi stupides que possible jusqu’à ce qu’ils soient conquis par les mêmes anciens Romains.

Au Moyen Âge, la plupart des scientifiques continuaient de croire que la vitesse de propagation de la lumière était infinie, parmi lesquels Descartes, Kepler et Fermat.

Mais certains, comme Galilée, pensaient que la lumière avait une vitesse et pouvait donc être mesurée. L'expérience de Galilée, qui alluma une lampe et éclaira un assistant situé à plusieurs kilomètres de Galilée, est largement connue. Ayant vu la lumière, l'assistant alluma sa lampe, et Galilée tenta de mesurer le délai entre ces instants. Naturellement, il n’y est pas parvenu et a finalement été contraint d’écrire dans ses écrits que si la lumière a une vitesse, alors elle est extrêmement élevée et ne peut être mesurée par l’effort humain et peut donc être considérée comme infinie.

La première mesure documentée de la vitesse de la lumière est attribuée à l'astronome danois Olaf Roemer en 1676. Cette année-là, les astronomes, armés des télescopes de ce même Galilée, observaient activement les satellites de Jupiter et calculaient même leurs périodes de rotation. Les scientifiques ont déterminé que la lune la plus proche de Jupiter, Io, a une période de rotation d'environ 42 heures. Cependant, Roemer a remarqué que parfois Io apparaît derrière Jupiter 11 minutes plus tôt que prévu, et parfois 11 minutes plus tard. Il s'est avéré que Io apparaît plus tôt dans les périodes où la Terre, tournant autour du Soleil, s'approche de Jupiter à une distance minimale et est en retard de 11 minutes lorsque la Terre est à l'opposé de l'orbite, et est donc plus éloignée de Jupiter.

En divisant bêtement le diamètre de l'orbite terrestre (et c'était déjà plus ou moins connu à l'époque) par 22 minutes, Roemer a obtenu la vitesse de la lumière de 220 000 km/s, manquant ainsi la vraie valeur d'environ un tiers.

En 1729, l'astronome anglais James Bradley, observant parallaxe(par une légère déviation de localisation) l'étoile Etamin (Gamma Draconis) a découvert l'effet aberrations de lumière, c'est-à-dire un changement dans la position des étoiles les plus proches de nous dans le ciel en raison du mouvement de la Terre autour du Soleil.

De l'effet de l'aberration lumineuse, découvert par Bradley, on peut également conclure que la lumière a une vitesse de propagation finie, ce dont Bradley s'est emparé en la calculant à environ 301 000 km/s, ce qui est déjà à 1 % de la valeur connue. aujourd'hui.

Cela a été suivi par toutes les mesures clarifiantes effectuées par d'autres scientifiques, mais comme on croyait que la lumière est une onde et qu'une onde ne peut pas se propager d'elle-même, il faut « exciter » quelque chose, l'idée de l'existence d'un « L'éther lumineux est né, dont la découverte a lamentablement échoué au physicien américain Albert Michelson. Il n'a découvert aucun éther lumineux, mais en 1879 il a précisé la vitesse de la lumière à 299 910 ± 50 km/s.

À peu près à la même époque, Maxwell a publié sa théorie de l'électromagnétisme, ce qui signifie que la vitesse de la lumière est devenue possible non seulement de mesurer directement, mais également de déduire des valeurs de perméabilité électrique et magnétique, ce qui a été fait en clarifiant la valeur de la vitesse de la lumière à 299 788 km/s en 1907.

Enfin, Einstein a déclaré que la vitesse de la lumière dans le vide est une constante et ne dépend de rien. Au contraire, tout le reste est l'addition des vitesses et la recherche des systèmes de référence corrects, les effets de la dilatation du temps et les changements de distances lors du déplacement avec vitesses élevées et de nombreux autres effets relativistes dépendent de la vitesse de la lumière (car elle est incluse dans toutes les formules comme constante). En bref, tout dans le monde est relatif, et la vitesse de la lumière est la quantité par rapport à laquelle toutes les autres choses dans notre monde sont relatives. Ici, peut-être, il faudrait donner la palme à Lorentz, mais ne soyons pas mercantiles, Einstein est Einstein.

La détermination exacte de la valeur de cette constante s'est poursuivie tout au long du XXe siècle, les scientifiques trouvant chaque décennie de plus en plus de nombres après la virguleà la vitesse de la lumière, jusqu'à ce que de vagues soupçons commencent à surgir dans leurs têtes.

En déterminant de plus en plus précisément combien de mètres la lumière parcourt dans le vide par seconde, les scientifiques ont commencé à se demander ce que nous mesurions en mètres ? Après tout, en fin de compte, un mètre n'est que la longueur d'un bâton de platine-iridium que quelqu'un a oublié dans un musée près de Paris !

Et au début, l’idée d’introduire un compteur étalon semblait géniale. Afin de ne pas souffrir des mètres, pieds et autres brasses obliques, les Français décidèrent en 1791 de prendre un dix millionième de la distance de pôle Nord jusqu'à l'équateur le long du méridien passant par Paris. Ils mesurèrent cette distance avec la précision disponible à l'époque, fondèrent un bâton en alliage platine-iridium (plus précisément, d'abord laiton, puis platine, puis platine-iridium) et le placèrent dans cette Chambre des Poids et Mesures très parisienne comme un échantillon. Plus ça avance, plus il s'avère que surface de la terre change, les continents se déforment, les méridiens se déplacent, et d'un dix millionième ils ont marqué, et ils ont commencé à compter comme un mètre la longueur du bâton qui repose dans le cercueil de cristal du « mausolée » parisien.

Une telle idolâtrie ne convient pas à un vrai scientifique, ce n'est pas la Place Rouge (!), et en 1960, il a été décidé de simplifier le concept du mètre à une définition tout à fait évidente - le mètre est exactement égal à 1 650 763,73 longueurs d'onde émises par la transition de électrons entre les niveaux d'énergie 2p10 et 5d5 de l'isotope non excité de l'élément Krypton-86 dans le vide. Eh bien, combien plus clair ?

Cela a duré 23 ans, tandis que la vitesse de la lumière dans le vide était mesurée avec une précision croissante, jusqu'à ce qu'en 1983, même les rétrogrades les plus obstinés se rendent compte que la vitesse de la lumière est la constante la plus précise et la plus idéale, et non une sorte de constante. d'isotope du krypton. Et il a été décidé de tout bouleverser (plus précisément, si on y réfléchit, il a été décidé de tout bouleverser), maintenant la vitesse de la lumière Avec est une vraie constante, et un mètre est la distance parcourue par la lumière dans le vide en (1/299 792 458) secondes.

La valeur réelle de la vitesse de la lumière continue d'être clarifiée aujourd'hui, mais ce qui est intéressant, c'est qu'à chaque nouvelle expérience, les scientifiques ne clarifient pas la vitesse de la lumière, mais la véritable longueur du mètre. Et plus la vitesse de la lumière sera déterminée avec précision dans les décennies à venir, plus le compteur que nous obtiendrons sera finalement précis.

Pas l'inverse.

Eh bien, revenons maintenant à nos moutons. Pourquoi la vitesse de la lumière dans le vide de notre Univers est-elle maximale, finie et constante ? C'est ainsi que je le comprends.

Tout le monde sait que la vitesse du son dans le métal, et dans presque tous les corps solides, est bien supérieure à la vitesse du son dans l’air. C'est très facile à vérifier : il suffit de mettre votre oreille contre le rail et vous pourrez entendre les bruits d'un train qui approche beaucoup plus tôt que dans les airs. Pourquoi est-ce ainsi ? Il est évident que le son est essentiellement le même, et la vitesse de sa propagation dépend du milieu, de la configuration des molécules qui composent ce milieu, de sa densité, des paramètres de son réseau cristallin - bref, de état actuel le support par lequel le son est transmis.

Et bien que l'idée de l'éther lumineux ait été abandonnée depuis longtemps, le vide à travers lequel se propagent les ondes électromagnétiques n'est absolument rien d'absolu, aussi vide qu'il puisse nous paraître.

Je comprends que l’analogie soit un peu tirée par les cheveux, mais c’est vrai sur vos doigts™ même! Précisément à titre d'analogie accessible, et en aucun cas comme une transition directe d'un ensemble de lois physiques à d'autres, je vous demande seulement d'imaginer que la vitesse de propagation des vibrations électromagnétiques (et en général de toutes, y compris les gluons et gravitationnelles), tout comme la vitesse du son dans l’acier est « cousue » dans le rail. De là, nous dansons.

UPD : D’ailleurs, j’invite les « lecteurs avec un astérisque » à imaginer si la vitesse de la lumière reste constante dans un « vide difficile ». Par exemple, on pense qu'à des énergies de l'ordre de température de 10 à 30 K, le vide cesse simplement de bouillir avec des particules virtuelles et commence à « s'évaporer », c'est-à-dire le tissu de l'espace s'effondre, les quantités de Planck se brouillent et perdent leur signification physique, etc. La vitesse de la lumière dans un tel vide serait-elle encore égale à c, ou cela marquera-t-il le début d’une nouvelle théorie du « vide relativiste » avec des corrections comme les coefficients de Lorentz aux vitesses extrêmes ? Je ne sais pas, je ne sais pas, le temps nous le dira...