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La velocidad del de la luz en un vacío es una comprobación importante constante denotada por el de la letra c para el constante de o el " latino del significado del de Celeritas de la palabra ; swiftness". Es la velocidad de toda la radiación electromágnetica, incluyendo la luz visible, en un vacío . Más generalmente, es la velocidad cualquier cosa que tiene masa de resto cero .
En unidades métricas, la velocidad de la luz es exactamente metros 299.458 por segundo (1,079,252,848.8 kilómetro por hora). La unidad fundamental de longitud, el metro del SI, se ha definido desde el 21 de octubre, 1983, pues la luz de la distancia viaja en un vacío en 1/299.458 de un segundos ; cualquier aumento en la precisión de la medida de la velocidad de la luz refinaría ciertamente la definición del metro, pero no alteraría el valor numérico del de c. El valor de aproximación de 3 m/s es de uso general en cálculos aproximados. En las unidades imperiales la velocidad de la luz es cerca de 670.2 kilómetros por hora o 983.056 pies por segundo, que es cerca de 186.397 millas por segundo, o áspero un pie por el nanosegundo .
La velocidad de la luz cuando pasa con un medio material transparente o translúcido del, como el vidrio o el aire, es más lenta que su velocidad en un vacío. El cociente del de c a la velocidad de fase observada se llama el índice de refracción del medio. La relatividad general explica cómo un potencial gravitacional puede afectar a la velocidad evidente de la luz distante en un vacío, pero localmente se enciende en un vacío pasa siempre a observador a un índice de de c.
Descripción
Una consecuencia de las leyes del electromagnetismo (tal como ecuaciones del maxwell) es que el c de la velocidad de la radiación electromágnetica no depende de la velocidad del objeto que emite la radiación; así por ejemplo la luz emitida de una fuente de luz rápido de mudanza viajaría a la misma velocidad que la luz que viene de una fuente de luz inmóvil (aunque el color, la frecuencia, la energía, y el ímpetu de la luz serán cambiados de puesto, que se llama el efecto de Doppler relativista ). Si uno combina esta observación con el principio de la relatividad, uno concluye que todos los observadores medirán la velocidad de la luz en vacío como siendo iguales, sin importar el marco de referencia del observador o la velocidad del objeto que emite la luz. Debido a este hecho, uno puede ver el c como constante fundamental de la comprobación. Esta lógica es la base de la teoría de la relatividad especial .
Los observadores que viajan a velocidades grandes encontrarán que las distancias y los tiempos están torcidos de acuerdo con el Lorentz transforman ; sin embargo, las transformaciones tuercen épocas y distancias de una manera tal que la velocidad de la luz siga siendo constante. Un sensor ligero que viaja cerca de la velocidad de la luz también encontraría que los colores de luces a continuación eran cambiado de puesto hacia el final violeta del espectro y de ésos detrás eran Redshifted de modo que las transformaciones de Lorentz y las explicaciones clásicas del desplazamiento de la frecuencia estén en armonía.
Si la información podría viajar más rápidamente que el c en un marco de referencia, la causalidad sería violada: en algunos otros marcos de referencia, la información sería recibida antes de que hubiera sido enviada, tan el " effect" podía ser observado antes del " cause". Debido a la dilatación del tiempo de la relatividad especial, al cociente entre un observador externo percibido tiempo y al tiempo percibido por un observador que se mueve cada vez más cerca de la velocidad de los acercamientos cero de la luz. Si algo podría moverse más rápidamente que luz, este cociente no sería un número verdadero . Tal violación de la causalidad nunca se ha registrado.
Para ponerlo otra manera, información propaga a y desde un punto de las regiones definidas por un cono de la luz. El intervalo AB en el diagrama a la derecha es " Tiempo-como " de ; (es decir, hay un marco de la referencia en qué acontecimiento A y el acontecimiento B ocurrir en la misma localización en el espacio, separado solamente por su ocurrencia en diversas horas, y si A precede B en ese marco entonces A precede B en todos los marcos: no hay marco de la referencia en qué acontecimiento A y el acontecimiento B ocurrir simultáneamente). Así, es hipotético posible que la materia (o la información) viaje A a B, tan allí puede ser una relación causal (con A el " cause" y B el " effect").
Por una parte, la CA del intervalo en el diagrama a la derecha es " Espacio-como " de ; (es decir, hay un marco de la referencia en qué acontecimiento A y el acontecimiento C ocurrir simultáneamente, separado solamente en espacio; ver la simultaneidad ). Sin embargo, hay también los marcos en los cuales A precede C (como se muestra) o en qué C precede el A. salvo una cierta manera de que viaja más rápidamente que la luz, él no es posible para cualquier materia (o la información) viajar A a C o C a A. Así no hay conexión causal entre A y la C.
Según la definición actual que prevalece, adoptada en 1983, la velocidad de la luz es exactamente 299,792,458 metros por el segundo (aproximadamente 3 metros por segundo, o sobre 30 Centímetros (1 pie ) por el nanosegundo ). El valor de define permitividad del espacio libre () en unidades del SI como:
El del constante no es dependiente en y se define en unidades del SI como:
. Estos constantes aparecen en las ecuaciones del maxwell, que describen el electromagnetismo, y se relacionan cerca:
Las distancias astronómicas se miden a veces en los años ligeros (la distancia que la luz viajaría en un año, áspero 9.46 {{e| de 12}} ; kilómetros o sobre 5. Porque la luz viaja a una velocidad grande pero finita, lleva el tiempo para la luz las distancias grandes de la cubierta. Así, la luz que observamos de objetos distantes en el universo fue emitida de ellos hace tiempo: en efecto, vemos su pasado distante.
Comunicaciones y GPS
La velocidad de la luz es de importancia a las comunicaciones . Por ejemplo, dado la circunferencia ecuatorial de la tierra es 40,100 del kilómetro y del c ; = 300,000 km/s, la cantidad de hora más corta teórica para que un fragmento de información viaje mitad del globo a lo largo de la superficie es s.El tiempo de tránsito real es más largo, en parte porque la velocidad de la luz es más lenta por el cerca de 30% en una fibra óptica dependiendo de su n del índice de refracción, y las líneas rectas ocurren raramente en situaciones de las comunicaciones globales, pero también porque se crean los retardos cuando la señal pasa a través de un interruptor electrónico o de un regenerador de la señal. ¡Un típico el tiempo en fecha 2004 para un los E. al Australia o al silbido de bala de computador a computador de Japón es 0. La velocidad de la luz afecta además a diseño sin hilos de las comunicaciones .
Otra consecuencia de la velocidad de la luz finita es que las comunicaciones con la nave espacial no son instantáneas, y el boquete llega a ser más sensible mientras que las distancias aumentan. Este retardo era significativo para las comunicaciones entre el control de tierra de Houston y el Apolo 8 cuando se convirtió en la primera nave espacial para mover en órbita alrededor de la luna : cada pregunta, Houston tuvo que esperar casi 3 segundos para que la respuesta llegue, incluso cuando los astronautas contestaron inmediatamente.
Este efecto forma la base del sistema de navegación mundial (GPS) y de los sistemas similares de la navegación . Su posición puede ser resuelta por medio de los retardos en las señales de radio recibidas de un número de satélites, cada uno que lleva un reloj atómico muy exacto, y el sincronizó muy cuidadosamente . Es notable que, para trabajar correctamente, este método requiere que (entre muchos otros efectos) el movimiento relativo del satélite y del receptor esté tomado en el efecto, que era cómo (en una escala interplanetaria) la velocidad de la luz finita fue descubierta original (véase la sección siguiente).
Semejantemente, teledirigido instantáneo de la nave espacial interplanetaria es imposible porque tarda el tiempo para que los reguladores Tierra-basados reciban la información del arte, y un rato igual para que las instrucciones sean recibidas por el arte. Puede tardar las horas para que los reguladores sean enterado de un problema, respondan con instrucciones, y hagan que la nave espacial reciba las instrucciones.
La velocidad de la luz puede también ser de interés en distancias muy cortas. En los superordenadores la velocidad de la luz impone un límite ante cómo los datos se pueden enviar rápidamente entre los procesadores si un procesador funciona en 1 El gigahertz, una señal puede viajar solamente un máximo de 300 milímetro en un solo ciclo. Los procesadores se deben por lo tanto colocar cerca de uno a para reducir al mínimo estados latentes de la comunicación. Si las frecuencias de reloj continúan aumentando, la velocidad de la luz se convertirá en eventual un factor de limitación para el diseño interno de las solas virutas .
La física
Velocidad constante de todos los marcos de referencia de inercia
La mayoría de los individuos están acostumbrados a la regla de la adición de velocidades: si dos coches se acercan de direcciones opuestas, cada uno que viaja a una velocidad de 50 el kilómetro por hora, concerniente a la superficie de la carretera, una cuenta con que cada coche perciba la otra pues acercándose a una velocidad combinada de 50 + 50 = 100 kilómetros por hora mismo a un alto nivel de exactitud.
Sin embargo, en las velocidades en o el acercamiento de la velocidad de la luz, esta regla no se aplica. Dos naves espaciales que se acercan, cada uno que viaja en el 90% la velocidad de la luz concerniente a alguÌn tercer observador entre él, no se perciben como acercándose en el 90% el + 90% el = 180% la velocidad de la luz; en lugar cada uno perciben el otro como acercándose en levemente menos de 99.5% a la velocidad de la luz. Este último resultado es dado por la fórmula de la adición de la velocidad de Einstein : ¡
donde están las velocidades (del positivo) de las naves espaciales según lo observado por el tercer observador, y y es la velocidad percibida de cualquier vehículo espacial según lo observado por el otro. Esto reduce al para los valores suficientemente pequeños de y de (tales como ésos encontrados típicamente en experiencias del campo común diariamente), como el se acerca a cero, reduciendo el denominador a 1.
Si una de las velocidades para la fórmula antedicha (o ambas) es el c, el resultado final es el c, al igual que se espera si la velocidad de la luz está igual en todos los marcos de referencia. Otro resultado importante es que esta fórmula vuelve siempre un valor que sea menos que el c siempre que el v y el w sean menos que el c : esto demuestra que ninguna aceleración en cualquier marco de la referencia puede hacer uno exceder la velocidad de la luz con respecto a otro observador. Así el c actúa como límite de velocidad para todos los objetos con respecto a el resto de los objetos en relatividad especial.
Éter luminoso (desacreditado)
Antes del advenimiento de la relatividad especial, fue creído que los recorridos de la luz con un medio llamaron el el éter luminoso . Las ecuaciones del maxwell predicen una velocidad de la luz dada, más o menos de la misma manera al igual que la velocidad del sonido en el aire . La velocidad del sonido en aire está concerniente al movimiento del aire sí mismo, y la velocidad del sonido en aire con respecto a un observador puede ser cambiada si el observador se está moviendo con respecto al aire (o al viceversa ). La velocidad de la luz fue creída para estar concerniente a un medio de la transmisión para la luz que actuaba como el aire hace para la transmisión del éter luminoso del sonido-.El Michelson– El experimento, discutible el experimento fall más famoso y más útil de Morley de la historia de la física, fue diseñado para detectar el movimiento de la tierra con el éter luminoso. No podría encontrar ninguÌn rastro de esta clase de movimiento, sugiriendo, consecuentemente, que sea imposible detectar su movimiento absoluto presumido, es decir, movimiento con respecto al éter luminoso presumido. El Michelson– El experimento de Morley dijo poco sobre la velocidad de la luz concerniente a la fuente de luz y a la velocidad del observador, como la fuente y el observador en este experimento viajaban en la misma velocidad juntos en espacio.
Interacción con los materiales transparentes
En el paso a través de los materiales, la velocidad de la luz observada puede diferenciar del c . El cociente del c a la velocidad de fase de la luz en el material se llama el índice de refracción . Esta contradicción evidente a la universalidad del constante c es una consecuencia (pero practicado universal) de la nomenclatura descuidada: se refiere qué pues la luz en un medio es realmente a luz-como el híbrido de ondas electromagnéticas y oscilaciones mecánicas de partículas cargadas o magnéticas tales como electrones o iones, mientras que es la luz en el sentido terminante una onda electromagnética puro (véase la discusión adicional abajo). La velocidad de la luz en el aire es solamente levemente menos que . Medios más densos, tales como agua y vidrio, pueden retardar la luz mucho más, a las fracciones tales como ¾ del y ⅔ del del c . A través del diamante, la luz es cerca de 124.000 kilómetros mucho más lentos-solamente por el segundo, menos que el ½ del del c . Esta reducción en velocidad es también responsable del doblar de la luz en un interfaz entre dos materiales con diversos índices, un fenómeno conocido como refracción .
Puesto que la velocidad de la luz en un material depende del índice de refracción, y el índice de refracción depende de la frecuencia de la luz, la luz en diversas frecuencias viaja a diversas velocidades a través del mismo material. Esto puede causar la distorsión de las ondas electromagnéticas que consisten en frecuencias múltiples, un efecto llamado la dispersión .
Observar que la velocidad de la luz referida es la velocidad observada o medida en un cierto medio y no la velocidad de la luz verdadera (según lo observado en vacío). Puede ser observado, eso una vez que la luz ha emergido del medio que cambia de nuevo a su velocidad original y ésta está sin la adquisición de ninguna energía. Esto puede significar solamente uno cosa-que la velocidad de luz sí mismo nunca fue alterada en el primer lugar.
Se demanda a veces que la luz es retardada en su paso a través de un bloque de medios por la absorción y re-emisión por los átomos, viajando solamente a la velocidad completa con el vacío entre los átomos. Esta explicación es incorrecta y funciona en problemas si usted intenta utilizarla para explicar los detalles de la refracción más allá de la reducción simple de la señal.
Clásico, en vista de la radiación electromágnetica a ser como una onda, las cargas de cada átomo (sobre todo el de los electrones interfieren con el eléctrico y los campos magnéticos de la radiación, retardando su progreso.
La explicación quántum-mecánica completa es esencialmente igual, pero tiene que hacer frente a la naturaleza discreta de la partícula (véase los fotones en la materia ): el E-campo crea los fonones en los medios, y la mezcla de los fotones con los fonones. La mezcla resultante, llamada un Polariton, viaja con una velocidad diferente de luz.
Marcos acelerados de la referencia y de la relatividad general
Aunque sea constante en marcos de la referencia de inercia en relatividad especial, la velocidad de la luz puede variar basado en su posición para los marcos de la referencia acelerados en relatividad especial y en relatividad general. Antes de dirigir en esta discusión, debe primero ser observado que en todos los casos la velocidad de la luz localmente sigue siendo el c en estos casos. Tan cuando un observador mide la velocidad de la luz en su propia posición, la constancia de su velocidad se sostiene. La edición se presenta en las posiciones distantes del observador en estas situaciones.
La causa de este cambio es la dilatación gravitacional del tiempo. Pues los relojes en una señal gravitacional más baja de los potenciales más lenta, un haz de luz llevarán más de largo el movimiento a lo largo de una barra en un potencial gravitacional más bajo que llevaría el movimiento a lo largo de una barra idéntica en unas para poseer potencial. Esta luz se considera moverse más lentamente en potenciales más bajos. Esta retardación llega a ser extrema mientras que la luz se acerca al horizonte de acontecimiento de un calabozo, donde el tiempo y la luz aparecerán parar. Semejantemente, la luz aparecerá ir más rápidamente en potenciales gravitacionales más altos.
En relatividad general, la curvatura del espacio-tiempo puede también afectar al número de barras entre ciertas posiciones. Esto agregará otro factor a la magnitud del cambio evidente de la velocidad.
" Rápido-que-light" observaciones y experimentos
considera también:
la Rápido-que-luz
Se ha sabido de largo teóricamente que es posible para el " " de la velocidad de grupo ; de la luz para exceder el c . Un experimento reciente hizo que la velocidad de grupo de vigas del laser viaja para las distancias extremadamente cortas a través de los átomos del cesio en el c de 300 veces. En 2002, en el Université de Moncton, Alain Haché del físico hizo historia enviando pulsos en una velocidad de grupo de la velocidad ligera de tres veces sobre una distancia por primera vez, transmitida a través de un cable de 120 metros hecho de un cristal fotónico coaxial. Sin embargo, no es posible utilizar esta técnica para transferir la información más rápidamente que el c : la velocidad de la transmisión informativa depende de la velocidad del frente (la velocidad en la cual la primera subida de un pulso sobre cero se mueve adelante) y el producto de la velocidad de grupo y de la velocidad delantera es igual al cuadrado de la velocidad de la luz normal en el material.
Exceder la velocidad de grupo de la luz de este modo es comparable a exceder la velocidad del sonido arreglando a la gente espaciada distante en una línea, y pidiendo que ella toda grite " ¡Estoy aquí! ", uno tras otro con intervalos cortos, cada uno sincronización él mirando su propio reloj así que ellos no tiene que esperar hasta que oigan el grito anterior de la persona. Otro ejemplo puede ser considerado al mirar ondas de océano el lavarse para arriba en orilla. Con un estrecho bastante ángulo entre la onda y la línea de la playa, los trituradores viaja a lo largo de la longitud de onda mucho más rápidamente que el movimiento de las ondas interior.
La velocidad de la luz puede también aparecer ser excedido en algunos fenómenos que implican las ondas evanescentes tal como que hace un túnel . Los experimentos indican que la velocidad de fase y la velocidad de grupo de ondas evanescentes pueden exceder el c ; sin embargo, aparecería que la velocidad delantera no excede el c, así pues, otra vez, él no es posible que la información sea transmitida más rápidamente que el c .
En los mecánicos de Quantum, ciertos efectos de quántum se pueden transmitir a las velocidades mayores que el c (de hecho, la acción en una distancia ha sido percibida de largo por alguno como problema con los mecánicos de quántum: ver la paradoja del EPR, las interpretaciones de los mecánicos de quántum ). Por ejemplo, los estados de Quantum de dos partículas pueden ser enredados el estado, así que de los arreglos de una partícula el estado de la otra partícula (decir, una debe tener vuelta + ½ y la otra debe tener ½ del − de la vuelta). Hasta que se observen las partículas, existen en una superposición de dos estados de quántum, (+ ½, ½ del −) y (½ del −, + ½). Si se separan las partículas y una de ellas se observa para determinar su estado de quántum entonces que el estado de quántum de la segunda partícula se determina automáticamente. Si, como en algunas interpretaciones de los mecánicos de quántum, uno presume que la información sobre el estado de quántum es local a una partícula, después uno debe concluir que la segunda partícula toma su estado de quántum instantáneamente, tan pronto como se realice la primera observación. Sin embargo, es imposible controlar en el cual el estado de quántum la primera partícula tomará cuando se observa, así que ninguna información se puede transmitir de este modo. Las leyes de la física también aparecen evitar que la información sea transferida con maneras más listas y ésta ha llevado a la formulación de reglas tales como el teorema de la Ninguno-reproducción y el teorema de la Ninguno-comunicación.
El movimiento supuesto de Superluminal también se considera en ciertos objetos astronómicos, tales como el echa en chorro de las galaxias de la radio y los cuasares sin embargo, estos jets no se están moviendo a las velocidades superior a la velocidad de la luz: el movimiento evidente del superluminal es un efecto de la proyección causado por cercano móvil de los objetos la velocidad de la luz y a un pequeño ángulo de la visión.
Aunque pueda sonar paradójico, es posible que las ondas expansivas sean formadas con la radiación electromágnetica. Mientras que una partícula cargada viaja a través de un que aísla medio de, interrumpe el campo electromagnético local en el medio. Los electrones en los átomos del medio serán desplazados y polarizado por el campo de paso de la partícula cargada, y los fotones se emiten como los electrones en el restablecimiento medio ellos mismos al equilibrio después de que la interrupción haya pasado. (En un conductor, el equilibrio puede ser restaurado sin la emisión de un fotón.) En circunstancias normales, estos fotones interfieren destructivo con uno a y no se detecta ninguna radiación. Sin embargo, si viaja la interrupción más rápidamente que viajan los fotones ellos mismos, como cuando una partícula cargada excede la velocidad de la luz en ese medio, los fotones interfieren e intensifican constructivo la radiación observada. El resultado (análogo a un boom sónico ) se conoce como radiación de Cherenkov.
La capacidad de comunicar o el del recorrido más rápidamente que la luz es un asunto popular en la ciencia ficción . Las partículas que viajan más rápidamente que ligero, doblado Tachyons han sido propuestas por los físicos de la partícula pero tienen todavía ser observadas, y potencialmente violarían la causalidad si eran.
Algunos físicos, notablemente João Magueijo y Juan Moffat, han propuesto que en la última luz viajó mucho más rápidamente que la velocidad de la luz actual. Esta teoría se llama velocidad variable de la luz (VSL) y sus partidarios demandan que tiene la capacidad de explicar muchos rompecabezas cosmológicos mejores que su rival, el modelo de la inflación del universo . Sin embargo, no ha ganado la aceptación amplia.
" Light" lento; experimentos
considera también:
lento de la luz
El viajar ligero con un medio con excepción de un vacío viaja debajo de como resultado del retraso de tiempo entre la respuesta de la polarización del medio y la luz de incidente. Sin embargo, ciertos materiales tienen un índice de grupo excepcionalmente alto y una velocidad de grupo correspondientemente baja . En 1999, un equipo de científicos llevados por el Lene Hau podía retardar la velocidad de una pulsación de luz a cerca de 17 metros por segundo; en 2001, podían parar momentáneamente una viga.
En 2003, el Mikhail Lukin, con los científicos en la Universidad de Harvard y el instituto de Lebedev en el Moscú, tuvo éxito en luz totalmente que paraba dirigiéndola en un Bose-Einstein condensado del rubidio, los átomos del elemento cuyo, en las palabras de Lukin, " comportado; como mirrors" minúsculo; debido a un patrón de interferencia en el " dos; control" vigas.
Historia
Hasta épocas relativamente recientes, la velocidad de la luz era en gran parte una cuestión de conjetura. El Empedocles mantuvo que la luz estaba algo en el movimiento, y por lo tanto tuvo que haber una cierta hora transcurrió en viajar. El Aristotle dijo eso, en el contrario, " la luz es debido a la presencia algo, pero no es un movement". Además, si la luz tuviera una velocidad finita, tendría que ser muy grande; Aristotle afirmó el " la tensión sobre nuestras energías de la creencia es también great" para creer esto.
Una de las teorías antiguas de la visión era que la luz fue emitida del ojo, en vez de entrar en el ojo de otra fuente. Usar esta teoría, la garza de Alexandría avanzó la discusión que la velocidad de la luz debe ser el infinito, puesto que los objetos distantes tales como estrellas aparecen inmediatamente sobre la apertura de los ojos.
Teorías modernas antiguas, medievales y tempranas
El indio Sayana del erudito del siglo XIV escribió en un comentario en el Rigveda del del verso 1 .4 (período védico 1700-1100 temprano de BCE-the ): " Así se recuerda: Sun usted que 2202 el yojana travieso de Yojanas es cerca de 9 millas 14.000 a 30,000 kilómetro por la mitad un Nimesa 0.2 s", correspondiendo entre a 65.000 y a 300,000 km/s, para los elevados valores del yojana del y los valores bajos del nimesa del constante con la velocidad real del de la luz.Los filósofos musulmanes tempranos convinieron inicialmente con opinión de s de Aristotle 'que la luz tiene una velocidad infinita. En el siglo XI, sin embargo, los científicos musulmanes realizaron que la luz tiene una velocidad finita. El al-Haytham iraquí (Alhacen), el padre de Ibn del científico de la óptica, usar un método científico experimental temprano en su libro de la óptica, descubrió que la luz tiene una velocidad finita. Algunos de sus contemporáneos, notablemente el persa Avicenna de los científicos y al-Biruni, también convenido con Alhacen que la luz tiene una velocidad finita. " de Avicenna; observado que si la opinión de la luz es debido a la emisión de una cierta clase de partículas por una fuente luminosa, la velocidad de la luz debe ser finite". Más futuro del al-Biruni descubierto que la velocidad de la luz es mucho más rápida que la velocidad del sonido .
El Johannes Kepler creyó que la velocidad de la luz es infinita puesto que el espacio vacío no le presenta ninguÌn obstáculo. El Francis Bacon sostuvo que la velocidad de la luz no es necesario infinita, puesto que algo puede viajar demasiado rápido para ser percibido. El René Descartes sostuvo que si la velocidad de la luz fuera finita, el Sun, tierra, y la luna estaría perceptiblemente fuera de alineación durante un eclipse lunar . Puesto que tal desalineamiento no había sido observado, Descartes concluyó la velocidad de la luz es infinito. Convencieron Descartes de que si la velocidad de la luz fuera finita, su sistema entero de filosofía sería demolido.
Medida de la velocidad de la luz
Tentativas tempranas
El Isaac Beeckman propuso un experimento (1629) en el cual una persona observaría el flash de un cañón que refleja de un espejo cerca de una milla lejos. El Galileo propuso un experimento (1638), con una demanda evidente a realizarla algunos años anteriores, para medir la velocidad de la luz observando el retardo entre la destapadura de una linterna y de su opinión una cierta distancia lejos. Este experimento fue realizado por el Accademia del Cimento Florencia en 1667, con las linternas separadas por cerca de una milla. No se observó ninguÌn retardo. El Roberto que Hooke explicó los resultados negativos como Galileo tenía precisando que tales observaciones no establecieron la velocidad de la luz infinita, pero solamente que la velocidad debe ser muy grande.
Técnicas astronómicas
La primera estimación cuantitativa de la velocidad de la luz fue hecha en 1676 por el Christensen viejo Rømer, que estudiaba los movimientos de la luna de de Júpiter, el Io, con un telescopio . Es posible medir el tiempo de la revolución orbital del Io porque entra en y sale la sombra de Júpiter en los intervalos regulares (en C o D). Rømer observó que el Io giró alrededor de Júpiter una vez las horas de cada 42.5 cuando la tierra estaba la más cercana a Júpiter (en H). Él también observó que, pues la tierra y Júpiter separaron (como de L a K), la salida del Io de la sombra comenzaría que predicho progresivamente más adelante. Estaba claro que éstos salen el " signals" duró para alcanzar la tierra, pues la tierra y Júpiter se movieron más lejos aparte. Esto era como resultado del tiempo extra que tomó para que la luz cruce la distancia adicional entre los planetas, mide el tiempo que habían acumulado en el intervalo entre una señal y el siguiente. El contrario es el caso cuando se están acercando (como de F a G). En base de sus observaciones, Rømer estimaba que tardaría a luz 22 minutos para cruzar el diámetro de la órbita de la tierra (es decir, dos veces la unidad astronómica ); la estimación moderna es cerca de 16 minutos y 40 segundos.Alrededor del mismo tiempo, la unidad astronómica era estimada para ser cerca de 140 millones de kilómetros. La unidad astronómica y la estimación del tiempo de Rømer fueron combinados por el Christiaan Huygens, que estimaba la velocidad de la luz para ser 1.000 diámetros de la tierra por minuto. Éste es cerca de 220.000 kilómetros por el segundo (136.000 millas por segundo), el 26% más bajo que el valor actual aceptado, pero aún mucho más rápidamente que cualquier fenómeno físico entonces sabido.
El Isaac Newton también aceptó la velocidad finita. En su Opticks del de 1704 libros él divulga el valor de 16.6 diámetros de la tierra por el segundo (210.000 kilómetros por el segundo, el 30% menos que el valor real), que parece que él dedujo para se (si de los datos de Rømer, o de otra manera, no está sabido). El mismo efecto fue observado posteriormente por Rømer para un " spot" rotación con la superficie de Júpiter. Y observaciones posteriores también demostraron el efecto con las tres otras lunas galileas, donde estaba más difícil observar, así poniendo para reclinar algunas otras objeciones que habían sido suscitadas.
Incluso si, por estas observaciones, la velocidad de la luz finita no se pudo haber establecido a cada uno satisfacción (notablemente Jean-Dominique Cassini 's), después de las observaciones James Bradley (1728), la hipótesis de la velocidad infinita era considerada desacreditada. Bradley dedujo que la luz de las estrellas que cae en la tierra debe aparecer venir de un ángulo leve, que podría ser calculado comparando la velocidad de la tierra en su órbita a la velocidad de la luz. Este " Aberración del " ligero de ;, pues se llama, fue observado para ser cerca de 1/200 de un grado. Bradley calculaba la velocidad de la luz como cerca de 298.000 kilómetros por el segundo (185.000 millas por segundo). Éste es solamente levemente menos que el valor actual aceptado. El efecto de la aberración ha sido estudiado extensivamente durante los siglos sucesivos, notablemente por el Friedrich Jorge Wilhelm Struve y.
Técnicas terrestres
La primera medida acertada de la velocidad de la luz usar un aparato terrestre fue realizada por el Hipólito Fizeau en 1849. (Esto mide la velocidad de la luz en el aire, que es más lento que la velocidad de la luz en vacío por un factor del índice de refracción del aire, cerca de 1.) El experimento de Fizeau era conceptual similar a ésos propuesto por Beeckman y Galileo. Un haz de luz fue dirigido en un espejo vario mil metros lejos. En la manera de la fuente al espejo, la viga pasó a través de una rueda giratoria del diente. A cierto índice de rotación, la viga podía devolver con un boquete en la salida y otro en la manera. Pero a tarifas levemente más altas o más bajas, la viga pegaría un diente y no pasaría a través de la rueda. Sabiendo la distancia al espejo, el número de dientes en la rueda, y el índice de rotación, la velocidad de la luz podía ser calculada. Fizeau divulgó la velocidad de la luz como 313.000 kilómetros por segundo. El método de Fizeau fue refinado más adelante por el cuerno (1872) de Marie Alfred y el José Perrotin (1900).El Leon Foucault mejoró en el método de Fizeau substituyendo la rueda dentada por un espejo de rotación. La estimación de Foucault, publicada en 1862, era 298.000 kilómetros por segundo. El método de Foucault también fue utilizado por el Simon Newcomb y el Albert A. Michelson comenzó su carrera muy larga replegando y mejorando en el método de Foucault.
En 1926, Michelson utilizó una prisma giratoria para medir el tiempo que tomó la luz para hacer un viaje de ida y vuelta del montaje Wilson al montaje San Antonio en el California, una distancia de cerca de 22 millas (36 kilómetro). Las medidas exactas rindieron una velocidad de 186.285 millas por el segundo (299.796 kilómetros por segundo).
métodos Laboratorio-basados
Durante la Segunda Guerra Mundial, el desarrollo del ondámetro de la resonancia de la cavidad para el uso en el radar, junto con métodos de la sincronización de la precisión, abrió la manera en las medidas laboratorio-basadas de la velocidad de la luz. En 1946, Louis Essen en colaboración con A. Gordon-Smith utilizó una cavidad de la microonda de dimensiones exacto sabidas para establecer la frecuencia para una variedad de modos normales de microonda-los cuales, en común con toda la radiación electromágnetica, viaja a la velocidad de la luz en vacío. Mientras que la longitud de onda de los modos era sabida de la geometría de la cavidad y de la teoría electromágnetica, el conocimiento de las frecuencias asociadas permitió un cálculo de la velocidad de la luz. Su resultado, 299,792±3 km/s, era substancialmente mayor que ésos encontrados por técnicas ópticas, e incitó mucha controversia. Sin embargo, por 1950 repitió medidas por el Essen estableció un resultado de 299,792.5±1 km/s; éste se convirtió en el valor adoptado por la 12ma Asamblea General de la unión Radio-Científica en 1957. La mayoría de las medidas subsecuentes han sido constantes con este valor.
Velocidad del sistema de la luz por definición
En 1983, el 17mo DES Poids de Conférence Générale y Mesures adoptaron un valor estándar, 299,792,458 m/s para la velocidad de la luz. Esto alternadamente define la longitud de un metro en términos de velocidad de la luz, de modo que otros refinamientos en el valor experimental actual de la velocidad de la luz refinaran solamente la definición de un metro.
Relatividad especial
Del trabajo del maxwell del vendedor de James, era sabido que la velocidad de la radiación electromágnetica era un constante definido por las características electromágneticas del vacío (permitividad y permeabilidad ).
En 1887, el Albert Michelson de los físicos y el Edward Morley realizaron el experimento influyente de Michelson-Morley para medir la velocidad de la luz concerniente al movimiento de la tierra, la meta que era medir la velocidad de la tierra a través del " " luminoso del éter ;, el medio que era entonces probablemente necesario para la transmisión de la luz. Según las indicaciones del diagrama de un interferómetro de Michelson, un espejo half-silvered fue utilizado para partir una viga de la luz monocromática en dos vigas que viajaban en los ángulos rectos a una otro. Después de dejar el divisor, cada viga fue reflejada hacia adelante y hacia atrás entre los espejos varias veces (el mismo número para que cada viga dé una longitud de trayectoria larga pero igual; el experimento real de Michelson-Morley utilizó más espejos que demostrado) entonces recombinó para producir un patrón de interferencia constructiva y destructiva . Cualquie cambio leve en la velocidad de la luz a lo largo de cada brazo del interferómetro (porque el aparato se movía con la tierra a través del " propuesto; aether") cambiaría la cantidad de tiempo que la viga pasó en el tránsito, que entonces sería observado como cambio en el patrón de interferencia. En el acontecimiento, el experimento dio un resultado de la falta de información.
El Mach de Ernst estaba entre los primeros físicos para sugerir que el experimento ascendió a una refutación de la teoría del éter. Los progresos en la física teórica habían comenzado ya a proporcionar una teoría alternativa, la contracción de Fitzgerald-Lorentz, que explicó el resultado nulo del experimento.
Es incierto si el Albert Einstein sabía los resultados del experimento de Michelson-Morley, pero el resultado nulo del experimento asistió grandemente a la aceptación de su teoría de la relatividad . La velocidad de la luz constante es uno de los postulados fundamentales (junto con la causalidad y la equivalencia de los bastidores de inercia ) de la relatividad especial.
Ver también
Velocidad del sonido.
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