غالبًا ما تُستخدم كلمة “ضوء” للإشارة إلى الضوء المرئي ، وهو جزء من الطيف الكهرومغناطيسي.
يُعرف هذا الجزء من الطيف الكهرومغناطيسي باسم النطاق ، وهو ما يمكن للعين البشرية رؤيته ، وكل ما ينطبق على الطيف الكهرومغناطيسي هو أيضًا للضوء.
في بعض الأحيان يتم التعامل مع الطيف الكهرومغناطيسي كموجة وأحيانًا كجسيم.
لكنها في الحقيقة ليست موجة ولا حتى جسيمًا ، والإجابة على سؤال ما إذا كان الضوء موجة أم جسيم تكمن في علم ميكانيكا الكم.
سرعة الضوء
كان أول حديث عن سرعة الضوء من قبل الفيلسوف اليوناني أرسطو ، الذي أعرب عن رفضه لعالم يوناني آخر ، إمبيدوكليس ، الذي أوضح أن الضوء يسافر ويستغرق وقتًا في السفر.
أما بالنسبة لأرسطو ، فقد اعتقد أن الضوء لا يستغرق وقتًا للانتقال من مكان إلى آخر ، ولكنه يسافر على الفور.
في عام 1671 ، أوقف عالم الفلك الإيطالي جاليليو شخصين على هضبة ، كانت المسافة أقل من ميل ، وكان كل منهما يحمل قنديل بحر مضيء مغطى.
لذلك كشف الشخص الأول عن المصباح الخاص به ، وعندما رأى الشخص الآخر وميض المصباح ، كشف أيضًا عن المصباح الخاص به ، ومن خلال ملاحظة المدة التي استغرقها حامل المصباح الأول حتى يرى الضوء.
اعتقد جاليليو أنه يستطيع حساب سرعة الضوء ، ولكن لسوء الحظ بالنسبة له ، كانت الأبعاد أصغر من أن تخبرنا بالفرق ، لذلك كان قادرًا على تحديد أن الضوء ينتقل أسرع بعشر مرات من الصوت.
أينشتاين والنسبية الخاصة
في عام 1905 ، نشر ألبرت أينشتاين أول ورقة بحثية له عن النسبية الخاصة ، والتي ذكر فيها أن الضوء ينتقل بنفس السرعة بغض النظر عن السرعة المرصودة.
حتى عند استخدام القياسات الأكثر دقة ، تظل سرعة الضوء كما هي بالنسبة لمراقب ثابت يقف في مواجهة الأرض.
على الرغم من أن الأرض تدور حول الشمس ، والتي بدورها تتحرك (الشمس) في مجال مجرة درب التبانة ، إلا أنها مجرة تسافر في الفضاء.
لا تتغير سرعة الضوء مع تغير الوقت أو حتى المكان ، كما قال أينشتاين ، وقياس سرعة الضوء من الشمس ثابت ، سواء تم القياس من داخل مجرة درب التبانة أو من داخل مجرة درب التبانة. من خارجه
ما هي السنة الضوئية؟
يمكن لسرعة الضوء أن تهيئ العالم لاستضافة آلة زمنية ، والمسافة التي يقطعها الضوء في عام واحد تُعرف بالسنة الضوئية ، وهي مقياس للمسافة والوقت.
ينتقل ضوء القمر إلى أعيننا في حوالي ثانية واحدة ، مما يعني أن القمر يبعد مسافة ثانية ضوئية وأن الضوء من الشمس يستغرق حوالي ثماني دقائق.
النجوم والأجسام الأخرى خارج النظام الشمسي هي من بضع سنوات ضوئية إلى بضعة مليارات من السنين الضوئية.
عندما يدرس علماء الفلك الأجسام الواقعة على بعد سنة ضوئية أو أبعد من ذلك ، فإنهم يرون شكلها قبل أن يتركها الضوء ولا يرون شكلها الحالي.
وبالتالي ، فإن كل ما نراه في كوننا هو أحداث ماضية ، وهذا المبدأ يسمح لعلماء الفلك بمعرفة شكل الكون نتيجة الانفجار العظيم الذي حدث منذ حوالي 13.7 مليار سنة.
عند دراسة الأشياء التي تبعد 10 مليارات سنة ضوئية ، على سبيل المثال ، فإنها تظهر كما كانت قبل 10 مليارات سنة ، أي بعد وقت قريب نسبيًا من الانفجار العظيم وبداية الكون ، وهذا يعني أنه قد يحدث غير موجود الآن.
هل سرعة الضوء ثابتة حقا؟
ينتقل الضوء على شكل موجات ، تمامًا مثل الصوت الذي ينتقل أيضًا على شكل موجات ، والتي يمكن أن تنخفض سرعتها اعتمادًا على الوسط الذي ينتقل عبره ، ولا يوجد أسرع من الضوء ينتقل في الفراغ.
أيضًا ، إذا احتوت المسافة التي يقطعها الضوء على بعض المواد من أي نوع ، فيمكن للضوء أن ينتقل عبر هذا المنحنى ، لكن سرعته تقل في ذلك الوقت.
سرعة الضوء الذي ينتقل عبر الغلاف الجوي للأرض تساوي تقريبًا سرعته في الفراغ.
هل يمكننا السفر أسرع من الضوء؟
يحب عشاق الخيال العلمي هذا الموضوع ليصبحوا مبدعين لأن سرعة الالتواء ، المعروفة عمومًا بأنها أسرع من الضوء ، ستسمح لنا بالسفر بين النجوم.
على الرغم من عدم إثبات أن هذا غير ممكن ، إلا أنه من الصعب عمليًا السفر أسرع من سرعة الضوء.
وفقًا لنظرية النسبية العامة لأينشتاين ، تزداد كتلة الجسم مع زيادة السرعة ، وفي نفس الوقت يتناقص طوله ، عندما يتم الوصول إلى سرعة الضوء ، تصبح كتلة هذا الجسم غير محدودة.
في نفس الوقت ، طوله يساوي صفرًا ، وهو أمر مستحيل عمليًا ، وهكذا ، وبناءً على ذلك ، لا يمكن لأي شيء الوصول إلى سرعة الضوء.
لا يُمنع العلماء من تطوير نظريات إبداعية بديلة ، لأن فكرة تسريع التشوه ليست مستحيلة.
يعتقد البعض أن الأجيال القادمة يمكن أن تسافر بين النجوم بينما نسافر حاليًا بين المدن ، وهو اقتراح يتضمن السفر في سفن الفضاء.
يقال أن السفينة قد تحتوي على فقاعة زمكان لمنع السرعة القصوى ، وهو أمر عظيم من الناحية النظرية.
قم بقياس سرعة الضوء باستخدام الليزر
في سبعينيات القرن الماضي ، شجع تطوير الليزر والساعات الذرية العلماء على إعادة قياس سرعة الضوء بهدف الحصول على الدقة.
في عام 1973 م ، قام العالم إيفانستون وفريقه مرة أخرى بقياس سرعة الضوء ، وحصلوا على كمية دقيقة للغاية ، حيث كانت نسبة الخطأ فيها صغيرة جدًا مقارنة بالأوقات السابقة.
سرعة الضوء في الوسائط الأخرى
يمكن معرفة سرعة الضوء في جميع الوسائط عدا الفراغ عن طريق حسابها. يتم ذلك عن طريق تمرير شعاع من الضوء يعترض حاجزًا من نوع الوسط الذي يُعرف الضوء فيه.
من خلال التقنيات الفيزيائية ، يتم حساب سرعة الضوء من خلاله ، ومن السهل العثور على سرعة الضوء في الوسائط الأخرى نظريًا فقط بمساعدة معامل الانكسار.
حيث معامل الانكسار = (سرعة الضوء في الفراغ) مقسومًا على (سرعة الضوء في الوسط) ، ومن هذه العلاقة يتضح أن معامل الضوء لا يقل عن 1.
ستكون القيمة 1 في حالة انتقال الضوء في الفراغ ، بينما ستكون القيم الأكبر من 1 في الوسائط المادية الأخرى ، لأن الضوء يصبح أبطأ في الوسائط الأخرى.
وتجدر الإشارة إلى أن معامل انكسار الضوء ليس له وحدة قياس ؛ هذا لأنه نسبة السرعة إلى السرعة.