Tốc độ ánh sáng – Định nghĩa, ký hiệu và đơn vị tính

Tốc độ ánh sáng (một cách tổng quát hơn, tốc độ lan truyền của bức xạ điện từ) trong chân không, ký hiệu là c, là một hằng số vật lý cơ bản quan trọng trong nhiều lĩnh vực vật lý. Nó có giá trị chính xác bằng 299.792.458 mét trên giây, bởi vì đơn vị độ dài mét được định nghĩa lại dựa theo hằng số này và giây tiêu chuẩn.

Vai trò vật lý của tốc độ ánh sáng 

Vận tốc ánh sáng hay Tốc độ ánh sáng Viral trong chân không độc lập với cả hoạt động của nguồn sóng cũng như so với hệ quy chiếu quán tính của người quan sát .

Nhưng vào năm 1905, Lý thuyết Tương Đối Hẹp của Einstein đã thay đổi mãi mãi cách mà các nhà vật lý nhìn vũ trụ, bằng việc ràng buộc khối lượng và năng lượng vào một phương trình tuy đơn giản nhưng cực kì quan trọng E=mc^2.

Về thực chất, phương trình này tiên đoán không có bất kỳ thứ gì có khối lượng hoàn toàn có thể đạt tốc độ bằng ánh sáng, chứ đừng nói là nhanh hơn .
Nỗ lực thành công xuất sắc nhất của loài người trong việc tiệm cận tốc độ ánh sáng nằm trong những máy gia tốc hạt siêu mạnh như Máy Gia tốc Hạt Lớn ( LHC ) của CERN hay Tevatron của Mỹ .

Phương pháp đo tốc độ ánh sáng Fizeau – Foucault

Giá trị số, ký hiệu, và đơn vị chức năng của tốc độ ánh sáng

Tốc độ ánh sáng trong chân không ký hiệu là c. Ký hiệu c bắt nguồn từ chữ “ constant ” ( hằng số ) trong mạng lưới hệ thống đơn vị chức năng đo vật lý, và c cũng bắt nguồn từ chữ Latin “ celeritas ”, có nghĩa là “ nhanh gọn ” hay “ tốc độ ” .
Đôi khi c được sử dụng cho tốc độ sóng trong thiên nhiên và môi trường vật tư bất kể, và c0 là ký hiệu cho tốc độ ánh sáng trong chân không .

Những thuyết tương đối hẹp về tốc độ ánh sáng

Các nhà vật lý hiện chỉ hoàn toàn có thể xác nhận bằng thực nghiệm về tốc độ của ánh sáng theo chiêu thức trên hai đường truyền ( two-way speed of light ) ( ví dụ, từ nguồn đến gương phản xạ và quay trở lại ) là độc lập với hệ quy chiếu, chính bới không hề đo được tốc độ ánh sáng trên một đường truyền ( one-way speed of light ) ( ví dụ, từ một nguồn ở rất xa ) mà bỏ lỡ 1 số ít quy ước về tính đồng điệu hóa giữa đồng hồ đeo tay ở nguồn phát và đồng hồ đeo tay ở máy thu .
Tuy nhiên, bằng cách gật đầu chiêu thức đồng điệu hóa Einstein cho những đồng hồ đeo tay, tốc độ ánh sáng truyền trong thí nghiệm một đường được những nhà vật lý đặt bằng tốc độ ánh sáng truyền trong thí nghiệm hai đường .
Thuyết tương đối hẹp mày mò ra những hệ quả kỳ lạ dựa trên tiên đề không bao giờ thay đổi của c và tiên đề về những định luật vật lý là như nhau trong mọi hệ quy chiếu quán tính. Một hệ quả c là tốc độ của mọi hạt phi khối lượng và sóng gồm có ánh sáng hoạt động trong chân không .
Thuyết tương đối hẹp có nhiều hệ quả phản trực giác và những hiệu quả này đã được xác nhận bằng thực nghiệm. Bao gồm nguyên tắc tương tự khối lượng – nguồn năng lượng ( E = mc2 ), sự co độ dài ( những vật hoạt động nhìn ngắn đi ), và sự giãn thời hạn ( những đồng hồ đeo tay hoạt động chạy chậm hơn ) .

Kết quả của việc nghiên cứu đơn vị ánh sáng qua thuyết tương đối hẹp

Thừa số γ đặc trưng cho độ dài co bao nhiêu và thời hạn giãn bao nhiêu gọi là thông số Lorentz và cho bởi công thức γ = ( 1 − v2 / c2 ) − 50%, trong đó v tốc độ của vật. Sự khác nhau giữa γ và 1 bỏ lỡ được khi tốc độ của vật nhỏ hơn c rất nhiều, như những tốc độ trong đời sống hàng ngày — hay trong thuyết tương đối hẹp nó được giao động thành nguyên tắc tương đối Galileo — nhưng thông số sẽ tăng lên khi tốc độ tương đối tính và tiến tới giá trị vô hạn khi v tiếp cận đến c .
Những tác dụng này trong thuyết tương đối hẹp hoàn toàn có thể tổng hợp lại khi coi khoảng trống và thời hạn thành một cấu trúc thống nhất gọi là không thời hạn ( với c liên hệ giữa những đơn vị chức năng khoảng trống và thời hạn ), và yên cầu những kim chỉ nan vật lý phải thỏa mãn nhu cầu một đối xứng đặc biệt quan trọng gọi là không bao giờ thay đổi Lorentz, mà trong những công thức của những triết lý này chứa hằng số c .

Bất biến Lorentz là một giả thuyết phổ quát trong các lý thuyết vật lý hiện đại, như điện động lực học lượng tử, sắc động lực học lượng tử, Mô hình chuẩn của vật lý hạt, thuyết tương đối tổng quát cũng như mô hình Vụ Nổ Lớn. Như thế tham số c là phổ biến trong vật lý hiện đại, xuất hiện trong nhiều phương trình không liên quan đến ánh sáng.

Ví dụ, trong thuyết tương đối rộng tiên đoán c cũng là tốc độ Viral của trường mê hoặc hay sóng mê hoặc. Trong những hệ quy chiếu phi quán tính ( không thời hạn cong trong thuyết tương đối tổng quát và trong hệ quy chiếu hoạt động tần suất ), tốc độ cục bộ của ánh sáng là hằng số và bằng c, nhưng tốc độ ánh sáng dọc một quỹ đạo có độ dài hữu hạn hoàn toàn có thể khác c, phụ thuộc vào vào khoảng cách và thời hạn được định nghĩa như thế nào .
Nói chung những nhà vật lý thường giả sử những hằng số cơ bản như c có cùng một giá trị trong nhiều vùng không thời hạn, có nghĩa là chúng không nhờ vào vào vị trí cũng như không đổi khác theo thời hạn. Tuy nhiên, có một số ít tác giả đã yêu cầu kim chỉ nan rằng tốc độ ánh sáng hoàn toàn có thể biến hóa theo thời hạn. Chưa có bằng chứng thực nghiệm được chấp thuận đồng ý thoáng rộng cho sự biến hóa của những hằng số, nhưng nó vẫn là một chủ đề được liên tục điều tra và nghiên cứu .
Các nhà vật lý cũng đồng thuận giả sử tốc độ của ánh sáng là đẳng hướng, có nghĩa nó có cùng một giá trị trong những hướng mà nó được đo .
Quan sát bức xạ từ những mức nguồn năng lượng hạt nhân như là hàm của hạt nhân phát xạ theo hướng riêng trong từ trường ( như thí nghiệm Hughes – Drever ), và những máy cộng hưởng quang học ( như bộ cộng hưởng trong những thí nghiệm kiểu thí nghiệm Michelson-Morley ) đã đặt ra số lượng giới hạn chặt cho năng lực phi đẳng hướng trên thí nghiệm hai đường truyền .

Cách đo khoảng cách ánh sáng

Giới hạn trên của tốc độ
Theo thuyết tương đối hẹp, nguồn năng lượng của một vật với có khối lượng nghỉ m và tốc độ v tính theo công thức E = γmc2, với γ là thông số Lorentz xác lập ở trên. Khi v bằng 0, γ bằng 1, và Open công thức nổi tiếng E = mc2 cho sự tương tự khối lượng – nguồn năng lượng .
Thừa số γ tiếp cận giá trị vô hạn khi v gần bằng c, và do đó cần một nguồn năng lượng vô hạn để tần suất một vật có khối lượng đến tốc độ của ánh sáng. Tốc độ ánh sáng là số lượng giới hạn trên cho tốc độ của mọi vật có khối lượng nghỉ dương. Điều này đã được xác nhận bằng thực nghiệm trong nhiều thí nghiệm về nguồn năng lượng và động lượng tương đối tính .
Tổng quát hơn, thông tin hay nguồn năng lượng không hề truyền nhanh hơn ánh sáng. Một ví dụ cho hệ quả phản trực giác này trong thuyết tương đối hẹp đó là tính tương đối của sự đồng thời .
Nếu khoảng chừng khoảng trống giữa hai sự kiện A và B lớn hơn khoảng chừng bằng thời hạn giữa chúng nhân với tốc độ ánh sáng c thì có những hệ quy chiếu trong đó A xảy ra trước B, trong hệ khác thì B xảy ra trước A, và có những hệ thì chúng xảy ra đồng thời .
Hệ quả là, nếu có thứ hoạt động nhanh hơn c trong một hệ quy chiếu quán tính, nó hoàn toàn có thể hoạt động quay ngược thời hạn so với một hệ quy chiếu quán tính khác, và tính nhân quả sẽ bị vi phạm .

Trong hệ quy chiếu này, một “hiệu ứng” có thể được quan sát trước cả “nguyên nhân” của nó. Sự vi phạm nguyên lý nhân quả chưa bao giờ được quan sát và có thể dẫn đến những nghịch lý như phản điện thoại tachyon (tachyonic antitelephone).

Nguồn: wikipedia, soha

Ngọc Hiền

Source: https://mix166.vn
Category: Công Nghệ