Швидкість світла
План
1. Світло – електромагнітна хвиля. 1
2. Швидкість світла в середовищі 2
3. Вимірювання швидкості світла. 3
1. Світло – електромагнітна хвиля.
У XVII столітті виникло дві теорії світла: хвильова і корпускулярна. Корпускулярну[1] теорію запропонував Ньютон, а хвильову – Гюйгенс. Згідно уявленням Гюйгенса світло – хвилі, що розповсюджуються в особливому середовищі – ефірі, що заповнює весь простір. Дві теорії тривалий час існували паралельно. Коли одна з теорій не пояснювала якогось явища, то воно пояснювалося іншою теорією. Наприклад, прямолінійне розповсюдження світла, що приводить до утворення різких тіней не можна було пояснити виходячи з хвильової теорії. Проте на початку XIX століття були відкриті такі явища як дифракція[2] і інтерференція[3], що дало привід для думок, що хвильова теорія остаточно перемогла корпускулярну. В другій половині XIX століття Максвел показав, що світло – окремий випадок електромагнітних хвиль. Ці роботи послужили фундаментом для електромагнітної теорії світла. Проте на початку XX століття було знайдено, що при випромінюванні і поглинанні світло поводиться подібно потоку частинок.
Швидкість світла швидкість розповсюдження електромагнітної взаємодії у вакуумі — фундаментальна фізична стала, прирівняна до
c =299 792 458 м/с.
Швидкість світла позначається латинською літерою c від лат. celeritas.
Швидкість світла — єдина фізична стала в основних рівняннях електродинаміки
За положеннями теорії відносності жодна інформація не може бути передана зі швидкістю, яка перевищувала б швидкість світла. Інакше завжди можна було б знайти систему відліку, в якій інформація була б отримана раніше, ніж відправлена.
Оскільки швидкість світла — фундаментальна, незалежна від спостерігача, величина, то її значення можна використати для побудови системи фізичних одиниць. Наприклад, можна вибрати систему одиниць таким чином, щоб швидкість світла в ній дорівнювала одиниці. Проте така система була б дуже незручною на практиці. Тому, оскільки швидкість має розмірність довжини, поділеної на час, швидкість світла можна покласти рівною певному значенню, близькому до експериментально виміряної з використанням традиційних одиниць довжини і часу: метра і секунди, а потім зафіксувати це значення. Таким чином, швидкості світла присвоєне наведене вище значення. Надалі вона не буде визначатись з експерименту. Її фіксоване значення тепер служитиме для дослідного визначення відстаней.
2. Швидкість світла в середовищі
В середовищі швидкість світла, тобто швидкість розповсюдження електромагнітних хвиль, змінюється з-за процесів поляризації атомів та молекул речовини. Відношення швидкості світла в середовищі й у вакуумі називають абсолютним показником заломлення n у цьому середовищі
Заломлення світла
де cm - швидкість світла в середовищі.
Для електромагнітних хвиль з різною частотою показник заломлення різний, це явище називається дисперсією світла. Розрізняють фазову швидкість світла, яка визначається показником заломлення, й групову швидкість.
Фазова швидкість світла характеризує зв'язок між довжиною хвилі й частотою. Вона визначається для безмежних в просторі плоских хвиль, які не можуть переносити інформацію. Фазова швидкість може перевищувати швидкість світла у вакуумі. При цьому принцип причинності не порушується.
Групова швидкість світла в середовищі характеризує процес