Жарыктын ылдамдыгын кантип эсептөө керек: физиканы изилдөөдөгү методдор жана тарых
Жарыктын ылдамдыгы физикадагы фундаменталдык туруктуулардын бири болуп саналат, анын мааниси вакуумда секундасына болжол менен 299 792 458 метрди түзөт. Жарыктын ылдамдыгын түшүнүү илимде жаңы горизонтторду, ааламды түшүнүүдөгү парадигмалык өзгөрүүнү жана бүгүнкү күндө биз колдонуп жаткан GPS жана спутниктик байланыш сыяктуу заманбап технологияларды ачты. Бул макалада жарыктын ылдамдыгын кантип эсептөө керектиги, ошондой эле ага жетүү үчүн кылымдар бою колдонулган тарых жана ыкмалар талкууланат.
Жарык ылдамдыгын өлчөөнүн тарыхы
Баштапкы ойлор
Жарык жөнүндөгү идеялар байыркы замандардан бери эле бар. Мисалы, Аристотель жарык чексиз ылдамдыкта тарайт деп айткан. Бирок, бул түшүнүк 17-кылымда талашка түшө баштаган. Даниялык астроном Оле Ромер жарыктын ылдамдыгы чектүү деген идеяны колдогон биринчи өлчөөлөрдү жасаган.
Оле Ромер жана Ио орбитасы (1676)
Ромер Юпитердин Ио спутнигинин тутулууларын байкоолорун колдонгон . Ал тутулуулардын ортосундагы аралык Жердин орбитадагы абалына жараша өзгөрүп тураарын байкаган. Жер Юпитерге жакындаган сайын аралыктар кыскара баштаган, ал эми тескерисинче, Жер Юпитерден алыстаган сайын аралыктар узара баштаган. Бул байкоолордун негизинде Ромер жарык Жерге алысыраак болгондо ага көбүрөөк убакыт талап кылынат деген жыйынтыкка келген. Бул ыкма жарыктын ылдамдыгынын болжолдуу маанисин секундасына 220 000 000 метрге жеткирген, бул бүгүнкү күндө биз билген так мааниден айырмаланганы менен, маанилүү биринчи кадам болгон.
Физо жана күзгүлөрдү айландыруу ыкмасы (1849)
Жарыктын ылдамдыгын өлчөөнүн көптөгөн заманбап жана так ыкмалары Физо тарабынан башталган. Физо айлануучу күзгү жана чагылган жарык шооласы менен эксперимент жасаган. Ал айлануучу тиштүү дөңгөлөк аркылуу өткөн жарык шооласын чыгарган, ал андан кийин аны белгилүү бир аралыкта күзгү аркылуу чагылдырган. Дөңгөлөк жетиштүү жогорку ылдамдыкта айланганда, чагылган жарык кайтып келе жатып, тиштүү дөңгөлөктүн ар кандай тешиктеринен өтмөк. Бул жөндөөдөн Физо жарыктын ылдамдыгын эсептей алган, ал секундасына 313 000 000 метрге жакын болгон.
Майкельсон жана интерферометр (1879-1930-жылдар)
Альберт А. Майкельсон Физонун ыкмасын өркүндөтүп, интерферометрди колдонуп, өтө так өлчөөлөрдү жүргүзгөн. Майкельсон жарык шооласын бир катар линзалар жана күзгүлөр аркылуу өткөрүп, алар аны баштапкы абалына кайтарып, кайра артка кайтарган. Жарыктын бул сапарды басып өтүү убактысын өлчөө менен Майкельсон жарыктын ылдамдыгын так баалай алган. Бул эксперимент секундасына болжол менен 299 796 000 метрди түзгөн санды берген.
Жарыктын ылдамдыгын эсептөөнүн заманбап ыкмалары
Лазерди колдонуу менен өлчөө
Лазердик технологиянын жетишкендиктери мурда жеткиликсиз болгон жарыктын ылдамдыгын өлчөөнүн тактыгын жогорулатты. Лазерлер когеренттүү жарыкты чыгарат, бул деталдуу эксперименттерди жүргүзүүгө мүмкүндүк берет. Бир ыкма - өлчөнө турган аралыкка созулган оптикалык була аркылуу сигналды өткөрүү үчүн лазерди колдонуу. Лазердик сигналдын була аркылуу өтүү убактысы жарыктын ылдамдыгын эсептөө үчүн колдонулат.
Убакыт-жылдын Flight (пайыз)
Учуу убактысы (ToF) ыкмалары көбүнчө лидар (Жарыкты аныктоо жана аралыкты өлчөө) технологиясында жана тереңдик сенсорлорунда колдонулат. Бул системалар жарык импульсун чыгарып, анын максаттуу объектиден кайра келүү убактысын өлчөйт. Саякат убактысынын жана аралыктын негизги принциптерин колдонуу менен жарыктын ылдамдыгын жогорку тактык менен эсептөөгө болот.
Оптикалык резонатор
Жарыктын ылдамдыгын эсептөөнү оптикалык резонатордун жардамы менен да жасоого болот. Бул резонатор системасы белгилүү бир аралыкта пайда болгон оптикалык тоскоолдуктарды пайдаланат. Системанын резонанстык жыштыгын жана берилген чөйрөдөгү жарыктын толкун узундугун эсептөө менен, биз жарыктын ылдамдыгын эсептей алабыз.
Таасир этүү жана ишке ашыруу
Салыштырмалуулук жана Эйнштейндин теориясы
Жарыктын ылдамдыгын тереңирээк түшүнүү физикага, айрыкча Эйнштейндин салыштырмалуулук теориясына терең таасирин тийгизди . 1905-жылы жарыяланган салыштырмалуулуктун атайын теориясында жарыктын ылдамдыгы ааламдагы максималдуу ылдамдык чеги экени айтылат . Бул жарыктын ылдамдыгына жакындаган сайын убакыттын кеңейиши жана узундуктун кыскарышы сыяктуу кубулуштарга алып келет.
GPS технологиясы
Глобалдык позициялоо системасы (GPS) Жердеги так позицияны аныктоо үчүн жарыктын ылдамдыгын колдонот. GPS спутниктери аралыкты эсептөө үчүн негиз катары сигналдын өтүү убактысын колдонуп, Жер бетиндеги кабыл алгычтар тарабынан кабыл алынган сигналдарды жөнөтөт.
Байланыш жана интернет
Заманбап байланыш тармактарында колдонулган оптикалык булалар жарыктын ылдамдыгы принцибин колдонуп сигналдарды өткөрөт. Маалыматты туруктуу c маанисине жакындаган ылдамдыкта жылдырууга болот, бул маалыматтарды тез жана ишенимдүү өткөрүү мүмкүнчүлүктөрүн камсыз кылат.
Корутунду
Жарыктын ылдамдыгын эсептөө илим тарыхындагы эң чоң жетишкендиктердин бири болгон. Ромердин алгачкы эксперименттеринен баштап, заманбап лазердик жана оптикалык резонатордук технологияга чейин, жарыктын ылдамдыгы жөнүндөгү билим өнүгүп, жашоонун жана технологиянын көптөгөн аспектилерине терең таасирин тийгизген. Анын туруктуу ылдамдыгы заманбап физикалык теория үчүн гана эмес, бүгүнкү санарип дүйнөсүн калыптандырган практикалык колдонмолор үчүн да негиз түзөт. Жарыктын ылдамдыгын кантип эсептөөнү түшүнүү бизге ааламды түшүнүүгө гана жардам бербестен, дүйнөбүздү ого бетер байланыштырган технологияларды да өнүктүрөт.
