À quelle vitesse la lumière se déplace-t-elle dans le vide

La vitesse de la lumière dans le vide est un indicateur largement utilisé en physique et a permis à une époque de faire un certain nombre de découvertes, ainsi que d'expliquer la nature de nombreux phénomènes. Plusieurs points importants doivent être étudiés pour comprendre le sujet et comprendre comment et dans quelles conditions cet indicateur a été découvert.

Quelle est la vitesse de la lumière

La vitesse de propagation de la lumière dans le vide est considérée comme une valeur absolue, reflétant la vitesse de propagation du rayonnement électromagnétique. Il est largement utilisé en physique et a une désignation sous la forme d'une petite lettre latine "s" (il dit "tse").

Dans le vide, la vitesse de la lumière est utilisée pour déterminer la vitesse à laquelle les différentes particules se déplacent.

Selon la plupart des chercheurs et des scientifiques, la vitesse de la lumière dans le vide est la vitesse maximale possible du mouvement des particules et de la propagation de divers types de rayonnement.

Quant aux exemples de phénomènes, ce sont :

1. La lumière visible de n'importe quel la source.
2. Tous les types de rayonnement électromagnétique (tels que les rayons X et les ondes radio).
3. Ondes gravitationnelles (ici les avis de certains experts divergent).

De nombreux types de particules peuvent voyager près de la vitesse de la lumière, mais ne l'atteignent jamais.

La valeur exacte de la vitesse de la lumière

Les scientifiques essaient depuis de nombreuses années de déterminer quelle est la vitesse de la lumière, mais des mesures précises ont été effectuées dans les années 70 du siècle dernier. Finalement l'indicateur était de 299 792 458 m/s avec une déviation maximale de +/-1,2 m. C'est aujourd'hui une unité physique invariable, puisque la distance en mètre est de 1/299 792 458 de seconde, c'est le temps qu'il faut à la lumière dans le vide pour parcourir 100 cm.

Scientifique formule pour déterminer la vitesse de la lumière.

Pour simplifier les calculs, l'indicateur est simplifié à 300 000 000 m/s (3×108 m/s). C'est familier à tout le monde dans les cours de physique à l'école, c'est là que la vitesse est mesurée sous cette forme.

Le rôle fondamental de la vitesse de la lumière en physique

Cet indicateur est l'un des principaux, quel que soit le référentiel utilisé dans l'étude. Il ne dépend pas du mouvement de la source d'onde, qui est également important.

L'invariance a été postulée par Albert Einstein en 1905. Cela s'est produit après qu'un autre scientifique, Maxwell, qui n'a trouvé aucune preuve de l'existence d'un éther luminifère, a avancé une théorie sur l'électromagnétisme.

L'affirmation selon laquelle un effet causal ne peut pas être transporté à une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière est considérée comme tout à fait raisonnable aujourd'hui.

D'ailleurs! Les physiciens ne nient pas que certaines des particules peuvent se déplacer à une vitesse dépassant l'indicateur considéré. Cependant, ils ne peuvent pas être utilisés pour transmettre des informations.

Références historiques

Pour comprendre les caractéristiques du sujet et découvrir comment certains phénomènes ont été découverts, il convient d'étudier les expériences de certains scientifiques. Au 19ème siècle, de nombreuses découvertes ont été faites qui ont aidé les scientifiques plus tard, elles concernaient principalement le courant électrique et les phénomènes d'induction magnétique et électromagnétique.

Expériences de James Maxwell

Les recherches du physicien ont confirmé l'interaction des particules à distance. Par la suite, cela a permis à Wilhelm Weber de développer une nouvelle théorie de l'électromagnétisme. Maxwell a également clairement établi le phénomène des champs magnétiques et électriques et déterminé qu'ils peuvent s'engendrer, formant des ondes électromagnétiques. C'est ce scientifique qui a commencé à utiliser la désignation "s", qui est encore utilisée par les physiciens du monde entier.

Grâce à cela, la plupart des chercheurs ont déjà commencé à parler de la nature électromagnétique de la lumière. Maxwell, tout en étudiant la vitesse de propagation des excitations électromagnétiques, est arrivé à la conclusion que cet indicateur est égal à la vitesse de la lumière, à un moment il a été surpris par ce fait.

Grâce aux recherches de Maxwell, il est devenu clair que la lumière, le magnétisme et l'électricité ne sont pas des concepts distincts. Ensemble, ces facteurs déterminent la nature de la lumière, car il s'agit d'une combinaison d'un champ magnétique et électrique qui se propage dans l'espace.

Schéma de propagation des ondes électromagnétiques.

Michelson et son expérience pour prouver le caractère absolu de la vitesse de la lumière

Au début du siècle dernier, la plupart des scientifiques utilisaient le principe de relativité de Galilée, selon lequel on croyait que les lois de la mécanique sont inchangées, quel que soit le cadre de référence utilisé. Mais en même temps, selon la théorie, la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques devrait changer lorsque la source se déplace. Cela allait à l'encontre à la fois des postulats de Galilée et de la théorie de Maxwell, qui était la raison du début de la recherche.

À cette époque, la plupart des scientifiques étaient enclins à la «théorie de l'éther», selon laquelle les indicateurs ne dépendaient pas de la vitesse de sa source, le principal facteur déterminant étant les caractéristiques de l'environnement.

Michelson a découvert que la vitesse de la lumière ne dépend pas de la direction de la mesure.

Étant donné que la Terre se déplace dans l'espace extra-atmosphérique dans une certaine direction, la vitesse de la lumière, selon la loi d'addition des vitesses, différera lorsqu'elle sera mesurée dans différentes directions. Mais Michelson n'a trouvé aucune différence dans la propagation des ondes électromagnétiques, quelle que soit la direction dans laquelle les mesures ont été faites.

La théorie de l'éther ne pouvait pas expliquer la présence d'une valeur absolue, ce qui montrait encore mieux son sophisme.

La théorie de la relativité restreinte d'Albert Einstein

Un jeune scientifique de l'époque a présenté une théorie qui va à l'encontre des idées de la plupart des chercheurs. Selon elle, le temps et l'espace ont des caractéristiques telles qu'elles assurent l'invariance de la vitesse de la lumière dans le vide, quel que soit le référentiel choisi. Cela expliquait les expériences infructueuses de Michelson, puisque la vitesse de propagation de la lumière ne dépend pas du mouvement de sa source.

[tds_council]La confirmation indirecte de l'exactitude de la théorie d'Einstein était la "relativité de la simultanéité", son essence est montrée dans la figure.[/tds_council]

Un exemple de la façon dont l'emplacement d'une personne affecte sa perception de la propagation de la lumière.

Comment la vitesse de la lumière était-elle mesurée auparavant ?

De nombreuses tentatives pour déterminer cet indicateur ont été faites, mais en raison du faible niveau de développement de la science, il était auparavant problématique de le faire. Ainsi, les scientifiques de l'Antiquité pensaient que la vitesse de la lumière était infinie, mais plus tard de nombreux chercheurs ont mis en doute ce postulat, ce qui a conduit à plusieurs tentatives pour le déterminer :

1. Galileo a utilisé des lampes de poche. Pour calculer la vitesse de propagation des ondes lumineuses, lui et son assistant se trouvaient sur des collines dont la distance était déterminée avec précision. Puis l'un des participants a ouvert la lanterne, le second a dû faire de même dès qu'il a vu la lumière. Mais cette méthode n'a pas donné de résultats en raison de la vitesse élevée de propagation des ondes et de l'incapacité à déterminer avec précision l'intervalle de temps.
2. Olaf Roemer, un astronome du Danemark, a remarqué une caractéristique en observant Jupiter. Lorsque la Terre et Jupiter étaient à des points opposés de leurs orbites, l'éclipse d'Io (une lune de Jupiter) avait 22 minutes de retard par rapport à la planète elle-même. Sur cette base, il a conclu que la vitesse de propagation des ondes lumineuses n'est pas infinie et a une limite. Selon ses calculs, le chiffre était d'environ 220 000 km par seconde.
   Détermination de la vitesse de la lumière selon Roemer.
3. Vers la même période, l'astronome anglais James Bradley a découvert le phénomène d'aberration lumineuse, due au mouvement de la Terre autour du Soleil, ainsi qu'à la rotation autour de son axe, à cause de laquelle la position des étoiles dans le ciel et la distance qui les sépare change constamment.En raison de ces caractéristiques, les étoiles décrivent une ellipse chaque année. Sur la base de calculs et d'observations, l'astronome a calculé la vitesse, elle était de 308 000 km par seconde.
   aberration de la lumière
4. Louis Fizeau fut le premier à décider de déterminer l'indicateur exact par une expérience en laboratoire. Il a installé un verre avec une surface miroir à une distance de 8633 m de la source, mais comme la distance est petite, il était impossible de faire des calculs de temps précis. Ensuite, le scientifique a installé une roue dentée qui couvrait périodiquement la lumière avec des dents. En changeant la vitesse de la roue, Fizeau déterminait à quelle vitesse la lumière n'avait pas le temps de glisser entre les dents et de revenir en arrière. Selon ses calculs, la vitesse était de 315 000 kilomètres par seconde.
   Expérience de Louis Fizeau.

Mesurer la vitesse de la lumière

Cela peut se faire de plusieurs manières. Cela ne vaut pas la peine de les analyser en détail, chacun nécessitera un examen séparé. Par conséquent, il est plus facile de comprendre les variétés:

1. Mesures astronomiques. Ici, les méthodes de Roemer et Bradley sont le plus souvent utilisées, car elles ont prouvé leur efficacité et les propriétés de l'air, de l'eau et d'autres caractéristiques de l'environnement n'affectent pas les performances. Dans des conditions de vide spatial, la précision de mesure augmente.
2. résonance de cavité ou effet de cavité - c'est le nom du phénomène d'ondes magnétiques stationnaires à basse fréquence qui se produisent entre la surface de la planète et l'ionosphère. À l'aide de formules spéciales et de données provenant d'équipements de mesure, il n'est pas difficile de calculer la valeur de la vitesse des particules dans l'air.
3. Interférométrie - un ensemble de méthodes de recherche dans lesquelles plusieurs types d'ondes se forment.Il en résulte un effet interférentiel qui permet d'effectuer de nombreuses mesures de vibrations tant électromagnétiques qu'acoustiques.

Avec l'aide d'un équipement spécial, des mesures peuvent être prises sans utiliser de techniques spéciales.

La vitesse supraluminique est-elle possible ?

Basé sur la théorie de la relativité, l'excès de l'indicateur par des particules physiques viole le principe de causalité. De ce fait, il est possible de transmettre des signaux du futur vers le passé et vice versa. Mais en même temps, la théorie ne nie pas qu'il puisse y avoir des particules qui se déplacent plus rapidement, alors qu'elles interagissent avec des substances ordinaires.

Ce type de particules est appelé tachyons. Plus ils se déplacent vite, moins ils transportent d'énergie.

Leçon vidéo : L'expérience de Fizeau. Mesure de la vitesse de la lumière. Physique niveau 11.

La vitesse de la lumière dans le vide est une valeur constante, de nombreux phénomènes physiques en sont basés. Sa définition est devenue une nouvelle étape importante dans le développement de la science, car elle a permis d'expliquer de nombreux processus et simplifié un certain nombre de calculs.