سرعت نور چقدر است؟
سرعت حركت نور در خلاء دقيقا ۲۹۹۷۹۲۴۵۸ متر (۹۸۳۵۷۱۰۵۶ فوت) در ثانيه، تقريبا معادل ۱۸۶۲۸۲ مايل در ثانيه است. سرعت حركت نور يك ثابت جهاني است كه در معادلهها به عنوان c يا سرعت نور شناخته ميشود. بر اساس نظريه نسبيت خاص آلبرت انيشتين كه بيشتر فيزيك نوين بر مبناي آن است، هيچ چيز در جهان نميتواند سريعتر از نور حركت كند. بر اساس اين نظريه، با نزديك شدن ماده به سرعت نور، جرم آن بينهايت ميشود. بنابراين، سرعت نور بهعنوان محدوديت سرعت در كل جهان شناخته ميشود.
طبق گزارش موسسه ملي استاندارد و فناوري ايالات متحده، سرعت نور به قدري تغييرناپذير است كه از آن براي تعريف اندازهگيريهاي استاندارد بينالمللي مانند متر (و همچنين مايل، فوت و اينچ) استفاده ميكنند. اين ثابت از طريق معادلههاي خاص به تعريف كيلوگرم و واحد دما كلوين نيز كمك ميكند.
با وجود شهرت سرعت نور به عنوان يك ثابت جهاني، دانشمندان و نويسندگان داستانهاي علمي تخيلي همچنان به سفر با سرعت بالاتر از نور فكر ميكنند. تا كنون هيچ كس نتوانسته است به سرعت مافوق نور دست پيدا كند ولي اين موضوع مانع حركت جمعي به سمت داستانهاي جديد، اختراعهاي جديد و قلمروهاي جديد فيزيك نشده است.
سال نوري چيست؟
سال نوري مسافتي است كه نور ميتواند در يك سال طي كند كه معادل تقريبا ۶ تريليون مايل (۱۰ تريليون كيلومتر) است. سال نوري يكي از روشهاي مورداستفاده اخترشناسان و فيزيكدانان براي اندازهگيري فواصل بسيار زياد در سراسر جهان است.
نور ماه در حدود يك ثانيه به چشم ما ميرسد، يعني ماه يك ثانيه نوري با ما فاصله دارد. نور خورشيد حدود ۸ دقيقه طول ميكشد تا به چشم ما برسد، بنابراين فاصله خورشيد از ما ۸ دقيقه نوري است. نور آلفا قنطورس كه نزديكترين منظومه ستارهاي به منظومه ستارهاي ماست، تقريبا ۴.۳ سال طول ميكشد تا به ما برسد. بنابراين، آلفا قنطورس ۴.۳ سال نوري از ما فاصله دارد.
مركز تحقيقات گلن ناسا در وبسايت خود ميگويد: «براي درك اندازه يك سال نوري، محيط زمين (۲۴۹۰۰ مايل) را در نظر بگيريد، آن را در يك خط مستقيم قرار دهيد، طول اين خط را در ۷.۵ ضرب كنيد (فاصله مربوطه يك ثانيه نوري است) و سپس ۳۱.۶ ميليون خط مشابه آن را پشت سر هم قرار دهيد. فاصله حاصل تقريبا ۶ تريليون (۶ با ۱۲ صفر) مايل است!»
ستارهها و ساير اجرام فراتر از منظومه شمسي در فاصله از چند سال نوري تا چند ميليارد سال نوري قرار دارند. هر چيزي كه ستارهشناسان در جهان دور ميبينند، به معناي واقعي كلمه تاريخ است. به عبارت ديگر وقتي ستارهشناسان اجرام دوردست را مطالعه ميكنند، نوري را ميبينند كه اين اجرام را همانطور كه در زمان خروج نور از آنها بودهاند، نشان ميدهد.
اين اصل اخترشناسان را قادر كرده است تا جهان را همان طور كه ۱۳.۸ ميليارد سال پيش بعد از بيگ بنگ به نظر ميرسيد، ببينند. اجرامي كه ۱۰ ميليارد سال نوري از ما فاصله دارند، همان شكلي ديده ميشوند كه ۱۰ ميليارد سال پيش، نسبتا كمي پس از آغاز جهان به نظر ميرسيدند. به عبارت ديگر ظاهري را كه امروز دارند، نميبينيم.
چه چيزي سريعتر از سرعت نور است؟
هيچ چيزي سريعتر از نور نيست. نور يك محدوديت سرعت جهاني است و طبق نظريه نسبيت انيشتين، سريعترين سرعت در جهان را دارد يعني ۳۰۰ هزار كيلومتر در ثانيه (۱۸۶ هزار مايل در ثانيه).
آيا سرعت نور ثابت است؟
سرعت نور يك ثابت جهاني در خلاء، مانند خلاء فضا، است. با اين حال، نور وقتي از يك محيط جذبكننده مانند آب (۲۲۵۰۰۰ كيلومتر در ثانيه يا ۱۴۰۰۰ مايل در ثانيه) يا شيشه (۲۰۰ هزار كيلومتر در ثانيه يا ۱۲۴ هزار مايل در ثانيه) عبور ميكند، ممكن است كمي كند شود.
براي اطلاع از مقاله خورشيد چقدر داغ است؟ روي لينك كليك كنيد.
چه كسي سرعت نور را كشف كرد؟
رومر در سال ۱۶۷۶ يكي از اولين اندازهگيريهاي سرعت نور را از طريق رصد قمرهاي مشتري انجام داد. سرعت نور براي اولين بار در سال ۱۸۷۹ توسط آزمايش مايكلسون-مورلي با دقت بالا اندازهگيري شد.
چگونه سرعت نور را ميدانيم؟
رومر با مشاهده خسوفهاي آيو، قمر مشتري، توانست سرعت نور را اندازهگيري كند. رومر متوجه شد وقتي مشتري به زمين نزديكتر است، خسوفهاي آيو كمي زودتر از زماني كه مشتري دورتر است اتفاق ميافتد. رومر معتقد بود دليل آن اين است كه وقتي مشتري از زمين دورتر است، مدت بيشتري طول ميكشد تا نور اين مسافت را طي كند.
سرعت نور چطور اندازهگيري شد؟
در اوايل قرن پنجم، فيلسوفان يوناني مانند امپدوكلس و ارسطو، درباره ماهيت سرعت نور اختلاف نظر داشتند. امپدوكلس معتقد بود نور از هر چيزي كه ساخته شده است، بايد حركت كند و بنابراين بايد سرعت حركت داشته باشد.
ارسطو در رساله خود با عنوان «درباره حواس و محسوس» ديدگاه امپدوكلس را رد و استدلال كرد كه نور، برخلاف صدا و بو، آني است. ارسطو اشتباه ميكرد ولي صدها سال طول كشيد تا كسي آن را ثابت كند. در اواسط دهه ۱۶۰۰، ستارهشناس ايتاليايي گاليله يك آزمايش انجام داد. دو نفر با فانوسهاي پوششدار روي تپههايي با فاصله كمتر از يك مايل ايستادند.
يكي از آنها پوشش فانوسش را برداشت. وقتي طرف مقابل نور را ديد، او هم پوشش فانوسش را برداشت. فاصله آزمايشي گاليله براي ثبت سرعت نور كافي نبود و فقط توانست نتيجه بگيرد كه نور حداقل ۱۰ برابر سريعتر از صوت حركت ميكند.
در دهه ۱۶۷۰، «اوله رومر»، ستارهشناس دانماركي، تلاش كرد تا يك جدول زماني قابل اعتماد براي ملوانان ايجاد كند. بهگفته ناسا، رومر به طور تصادفي بهترين تخمين جديد سرعت نور را بهدست آورد.
رومر براي ايجاد يك ساعت نجومي، زمان دقيق خسوف آيو، يعني قمر مشتري را ثبت كرد. با گذشت زمان، رومر مشاهده كرد كه زمان خسوفهاي آيو معمولا با محاسبههاي او منطبق نيست. او متوجه شد كه خسوفها وقتي مشتري و زمين از يكديگر دور ميشوند، بيشترين تاخير را دارند و وقتي زمين و مشتري به هم نزديك ميشوند، زودتر از موعد ظاهر ميشوند. همچنين وقتي زمين و مشتري در نزديكترين يا دورترين نقطه از هم قرار دارند، خسوف طبق زمانبندي رخ ميدهد.
اين مشاهده آنچه را كه امروزه به عنوان اثر دوپلر ميشناسيم، نشان داد. اثر دوپلر تغيير در فركانس نور يا صداي ساطعشده از يك جسم متحرك است كه در دنياي نجوم به عنوان به اصطلاح انتقال به سرخ ظاهر ميشود. رومر به صورت شهودي تشخيص داد كه نور يك زمان قابلاندازهگيري طول ميكشد تا از آيو به زمين برسد. رومر از مشاهدههاي خود براي تخمين سرعت نور استفاده كرد.
او در مقالهاي در سال ۱۹۹۸ در مجله آمريكايي فيزيك استدلال كرد از آنجايي كه اندازه منظومه شمسي و مدار زمين هنوز به طور دقيق شناخته نشده، محاسبههاي او ممكن است تا حدودي اشتباه باشند. با اين حال، دانشمندان چند رقم مشخص داشتند. رومر سرعت نور را حدود ۱۲۴۰۰۰ مايل در ثانيه (۲۰۰ هزار كيلومتر بر ثانيه) محاسبه كرد.
در سال ۱۷۲۸، فيزيكدان انگليسي به اسم «جيمز بردلي»، مجموعه جديدي از محاسبهها را بر اساس تغيير موقعيت ظاهري ستارهها ناشي از گردش زمين دور خورشيد انجام داد. او سرعت نور را ۱۸۵۰۰۰ مايل در ثانيه (۳۰۱ هزار كيلومتر بر ثانيه) تخمين زد كه طبق گزارش انجمن فيزيك آمريكا حدود ۱درصد با مقدار واقعي متفاوت است.
در اواسط دهه ۱۸۰۰، سرعت نور دوباره مورد توجه قرار گرفت. «ايپوليت لويي فيزو»، فيزيكدان فرانسوي، پرتويي از نور را روي يك چرخ دندانهدار كه با سرعت ميچرخيد تنظيم كرد و آينهاي در فاصله ۵ مايلي (۸ كيلومتري) آن قرار داد تا نور را به منبع خود بازتاب دهد. تغيير سرعت چرخ به فيزو اجازه داد تا محاسبه كند چقدر طول ميكشد تا نور از سوراخ به آينه برسد و دوباره برگردد.
يك فيزيكدان فرانسوي ديگر به اسم «لئون فوكو»، از آينه چرخان به جاي چرخ براي انجام آزمايش مشابه استفاده كرد. اين دو روش مستقل سرعت نور را با اختلاف حدود ۱۰۰۰ مايل در ثانيه (۱۶۰۹ كيلومتر بر ثانيه) از سرعت واقعي نور تخمين زدند.
به گفته دانشگاه ويرجينيا، دانشمند ديگري كه به معماي سرعت نور پرداخت، «آلبرت آ. مايكلسون» لهستاني بود كه در كاليفرنيا بزرگ شد و با حضور در آكادمي نيروي دريايي ايالات متحده، علاقه بيشتري به فيزيك پيدا كرد.
مايكلسون در سال ۱۸۷۹ تلاش كرد تا روش فوكو را براي تعيين سرعت نور تكرار كند، ولي فاصله بين آينهها را افزايش داد و از آينهها و عدسيهاي بسيار با كيفيت استفاده كرد. سرعتي كه او تخمين زد ۱۸۶۳۳۵ مايل در ثانيه (۲۹۹۹۱۰ كيلومتر بر ثانيه) بود كه تا ۴۰ سال به عنوان دقيقترين اندازهگيري سرعت نور موردقبول بود.
مايكلسون تصميم گرفت دوباره سرعت نور را اندازهگيري كند. او در دور دوم آزمايشهاي خود، چراغهايي را بين دو قله كوه با فواصل دقيق اندازهگيريشده روشن كرد تا تخمين دقيقتري بهدست آورد.
سپس در سومين تلاش خود درست قبل از مرگش در سال ۱۹۳۱، يك لوله كمفشار فولادي موجدار به طول يك مايل ساخت. اين لوله خلاء را شبيهسازي ميكرد كه ميتوانست تاثير هوا بر سرعت نور را براي اندازهگيري دقيقتر حذف كند. سرعت به دستآمده نهايي فقط كمي كمتر از مقدار پذيرفتهشده سرعت نور امروزي بود.
«اتان سيگال»، اخترفيزيكدان، در وبلاگ علمي فوربس اشاره كرد كه مايكلسون ماهيت خود نور را نيز مطالعه كرد. برترين دانشمندان فيزيك در زمان آزمايشهاي مايكلسون به دو گروه تقسيم شده بودند: آيا نور يك موج است يا ذره؟
مايكلسون همراه با همكارش «ادوارد مورلي» با اين فرض كار ميكردند كه نور درست مانند صدا، به صورت موجي حركت ميكند. مايكلسون و مورلي و ساير فيزيكدانان آن زمان استدلال كردند همانطور كه صوت براي حركت به ذرهها نياز دارد، نور هم بايد نوعي وسيله براي حركت داشته باشد. اين ماده نامرئي و غيرقابل كشف «اتر درخشنده» (يا اتر) نام دارد.
اگرچه مايكلسون و مورلي يك تداخلسنج پيچيده ساختند (نسخهاي بسيار ابتدايي از ابزاري كه امروزه در رصدخانهي تداخلسنج ليزري امواج گرانشي لايگو استفاده ميشود)، نتوانستند مدركي دال بر اتر درخشنده پيدا كند. بنابراين، نتيجه گرفتند كه نور ميتواند از خلاء عبور كند و ميكند.
سيگال نوشت: «اين آزمايش و مجموعه كارهاي مايكلسون به قدري انقلابي بود كه باعث شد تنها فردي در تاريخ باشد كه جايزه نوبل را به دليل كشف نكردن چيزي دريافت كرد. اين آزمايش ممكن است يك شكست كامل بوده باشد، ولي آنچه ما از آن آموختيم براي بشريت و درك جهان هستي بيشتر از هر موفقيتي بود!»
نسبيت خاص و سرعت نور
نظريه نسبيت خاص اينشتين انرژي، ماده و سرعت نور را در معادله معروف E = mc^2 يكپارچه كرد. اين معادله رابطه بين جرم و انرژي را به اين شكل توصيف ميكند كه مقادير كوچك جرم (m) حاوي مقدار زيادي انرژي (E) است يا از آن تشكيل شده است.
اين چيزي است كه بمبهاي هستهاي را بسيار قدرتمند ميكند، چون آنها جرم را به انفجارهاي انرژي تبديل ميكنند. از آن جايي كه انرژي برابر است با جرم ضرب در مربع سرعت نور، سرعت نور به عنوان يك عامل تبديل عمل ميكند و دقيقا توضيح ميدهد كه چقدر انرژي بايد درون ماده باشد. همچنين از آنجايي كه سرعت نور بسيار زياد است، حتي مقدار كمي جرم بايد معادل مقدار زيادي انرژي باشد.
اين معادله براي توصيف دقيق جهان مستلزم اين است كه سرعت نور يك ثابت تغييرناپذير باشد. انيشتين اعلام كرد كه نور در خلاء حركت ميكند و نه در اتر درخشنده و سرعت آن ارتباطي با سرعت ناظر ندارد.
براي اطلاع از مقاله ستاره رشته اصلي تعريف و چرخه عمر روي لينك كليك كنيد.
فرض كنيد كساني كه در يك قطار نشستهاند اگر به قطاري كه در امتداد يك مسير موازي حركت ميكند نگاه كنند، حركت نسبي آن را نسبت به خود صفر ميبينند. اما ناظراني كه تقريبا با سرعت نور حركت ميكنند، همچنان نور را با سرعت بيش از ۶۷۰ ميليون مايل در ساعت در حال دور شدن ميبينند. به اين دليل كه حركت بسيار سريع يكي از تنها روشهاي تاييدشده سفر در زمان است. زمان در واقع براي اين ناظراني كاهش مييابد و آنها آهستهتر پير ميشوند و لحظههاي كمتري را نسبت به ناظراني كه آهسته حركت ميكنند، درك ميكنند.
به عبارت ديگر، انيشتين پيشنهاد كرد كه سرعت نور با زمان يا مكاني كه آن را اندازه ميگيريد يا سرعت حركت شما تغيير نميكند. بنابراين، اجسام داراي جرم هرگز نميتوانند به سرعت نور برسند. اگر جسمي به سرعت نور برسد، جرم آن بينهايت ميشود و در نتيجه انرژي مورد نياز براي حركت جسم نيز بينهايت ميشود كه غيرممكن است.
اين يعني اگر درك خود از فيزيك را بر اساس نسبيت خاص قرار دهيم (مثل بيشتر فيزيكدانان مدرن)، سرعت نور حد سرعت غيرقابل تغيير جهان ما است، يعني سريعترين سرعتي كه هر چيزي ميتواند طبق آن حركت كند.
چه چيزي سريعتر از نور حركت ميكند؟
اگرچه سرعت نور به عنوان محدوديت سرعت كيهان در نظر گرفته ميشود، سرعت انبساط جهان بيشتر است. «پل ساتر»، اخترفيزيكدان، در مقالهاي براي Space.com نوشت كه جهان به ازاي هر مگاپارسك فاصله از ناظر، كمي بيش از ۴۲ مايل (۶۸ كيلومتر) در ثانيه منبسط ميشود (يك مگاپارسك ۳.۲۶ ميليون سال نوري است).
به عبارت ديگر، به نظر ميرسد كهكشاني در فاصله ۱ مگاپارسكي با سرعت ۴۲ مايل در ثانيه (۶۸ كيلومتر بر ثانيه) از كهكشان راه شيري دور ميشود، در حاليكه كهكشاني در فاصله دو مگاپارسكي با سرعتي نزديك به ۸۶ مايل در ثانيه (۱۳۶ كيلومتر بر ثانيه) عقبنشيني ميكند.
ساتر توضيح ميدهد: «بالاخره در فاصلهاي غيرقابلتصور، سرعت از سرعت نور فراتر ميرود كه ناشي از انبساط طبيعي و منظم فضا است. به نظر غير واقعي ميرسد، اينطور نيست؟» به گفته ساتر، نسبيت خاص يك محدوديت سرعت مطلق در جهان ارائه ميدهد ولي نظريه انيشتين در سال ۱۹۱۵ درباره نسبيت عام امكان رفتارهاي متفاوت را زماني كه فيزيك مورد بررسي ديگر محلي نباشد، فراهم ميكند.
«يك كهكشان در سمت دور جهان؟ اين حوزه نسبيت عام است كه ميگويد: چه كسي اهميت ميدهد! آن كهكشان ميتواند هر سرعتي را كه بخواهد داشته باشد، تا زماني كه خيلي دور بماند و نه نزديك. نسبيت خاص به سرعت ابر نوري يا اجرام ديگر يك كهكشان دور اهميتي نميدهد و شما هم نبايد به آن اهميت دهيد.»
آيا ممكن است سرعت نور كم شود؟
فرض بر اين است كه نور در خلاء با حداكثر سرعت حركت ميكند ولي هنگام عبور از هر مادهاي ممكن است كمي كند شود. مقداري كه يك ماده نور را كند ميكند ضريب شكست آن ناميده ميشود. نور هنگام تماس با ذرهها خم ميشود كه منجر به كاهش سرعت ميشود.
مثلا نوري كه در جو زمين حركت ميكند تقريبا با سرعت نور در خلاء حركت ميكند و فقط سه ده هزارم كمتر است. در مقابل نوري كه از يك الماس ميگذرد به كمتر از نصف سرعت معمول خود ميرسد، ولي همچنان سرعتي بيش از ۲۷۷ ميليون مايل در ساعت (تقريبا ۱۲۴ هزار كيلومتر بر ثانيه) دارد. اين سرعت بسيار بالا است، ولي با حداكثر سرعت نور تفاوت قابلتوجهي دارد.
بر اساس مطالعه اي كه در سال ۲۰۰۱ در مجله نيچر منتشر شد، نور را ميتوان درون ابرهاي فوق سرد اتمها به دام انداخت و حتي متوقف كرد. اخيرا مطالعهاي كه در سال ۲۰۱۸ منتشر شد، روش جديدي را براي متوقف كردن نور در مسيرهاي خود در «نقاط استثنايي» يا مكانهايي كه دو گسيل نور مجزا تلاقي ميكنند و يكي ميشوند، پيشنهاد كرد.
محققان همچنين تلاش كردهاند سرعت نور را حتي زماني كه در خلاء حركت ميكند، كاهش دهند. تيمي از دانشمندان اسكاتلندي با موفقيت سرعت يك فوتون يا ذره نور را حتي زماني كه در خلاء حركت ميكرد، كاهش دادند. در اندازهگيريهاي آنها، تفاوت سرعت فوتون كندشده و فوتون عادي تنها چند ميليونيم متر بود ولي همچنان نشان داد كه نور در خلاء ميتواند كندتر از سرعت رسمي نور حركت كند.
آيا ميتوانيم سريعتر از نور سفر كنيم؟
داستانهاي علمي تخيلي ايده سرعت بينهايت را دوست دارند. سفر سريعتر از نور موضوع بسياري از فيلمها و كتابها بوده است. سرعت بينهايت فضاي بيكران را متراكم ميكند و به شخصيتها اجازه ميدهد به راحتي بين منظومههاي ستارهاي سفر كنند.
در حاليكه سفر سريعتر از نور غيرممكن نيست، براي عملي كردن آن به قوانين عجيب و غريب نياز داريم. خوشبختانه، براي علاقهمندان علم تخيلي و فيزيكدانان نظري، مسيرهاي جديد زيادي براي كشف وجود دارد. تنها كاري كه بايد انجام دهيم اين است كه بفهميم چگونه ثابت بمانيم و در عوض فضاي اطراف را حركت دهيم. زيرا بر اساس نسبيت خاص، قبل از رسيدن به سرعت به اندازه كافي زياد نابود خواهيم شد. يك ايده پيشنهادي شامل يك سفينه فضايي است كه ميتواند حباب فضازمان پيرامون خود را جمع كند. اين ايده در تئوري و همچنين داستان عالي به نظر ميرسد.
«ست شوستاك»، ستارهشناس موسسه جستجوي هوش فرازميني (SETI) در كاليفرنيا در مصاحبهاي در سال ۲۰۱۰ گفت: «اگر كاپيتان كرك مجبور بود با سرعت سريعترين موشكهاي ما حركت كند، صد هزار سال طول ميكشيد تا به منظومه ستارهاي بعدي برسد.» بنابراين، اين داستان علمي تخيلي مدتهاست كه راهي را براي غلبه بر محدوديت سرعت فرض كرده تا داستان كمي سريعتر پيش رود.
بدون سفر سريعتر از نور، ماجراهاي فيلمهايي مثل پيشتازان فضا يا جنگ ستارگان غيرممكن خواهد بود. اگر قرار باشد بشريت به دورترين نقاط جهان در حال گسترش برسد، فيزيكدانان آينده بايد شجاعانه پا در مسيرهايي بگذارند كه قبلا هيچ كس نرفته است.
نتيجه
در اين مقاله به اندازه گيري سرعت نور و نظريات و كشفيات دانشمندان مختلف مطالبي را آورديم و متوجه شديم كه سرعت نور با چه معادلاتي اندازه گيري مي شود. اگر دانشمندان و يا اخترشناسان بخواهند فاصله ديگر اجرام را تا زمين ما تخمين بزنند از سرعت نور استفاده مي كنند. اگر شما هم مي خواهيد فاصله ديگر اجرام را با زمين تماشا كنيد مي توانيد با خريد تلسكوپ فاصله و ديگر اجرام آسماني را ملاحظه نمائيد. خريد تلسكوپ در سايت موسسه طبيعت آسمان شب با بهترين قيمت و كيفيت امكان پذير است.
براي دانلود مقاله سرعت نور چقدر است؟ روي لينك كليك كنيد.
منبع: سايت موسسه طبيعت آسمان شب و سرعت نور چقدر است؟
برچسب: خريد تلسكوپ، تلسكوپ، قيمت تلسكوپ، بهترين قيمت تلسكوپ، خريد ميكروسكوپ، ميكروسكوپ، آسمان شب، ،
ادامه مطلب
