Gaismas ātrums

Gaismas ātrums (parasti apzīmēts ar c, zināms arī kā Einšteina konstante) ir ātrums, ar kuru vakuumā pārvietojas elektromagnētiskais starojums — fotoni. Tas ir tieši 299 792 458 metri sekundē (jeb 1 079 252 848,8 km/h) — tas nav mērījums, bet gan definīcija; metru definē, ņemot vērā gaismas ātrumu un sekundes ilgumu. Gaismas ātrums citās vidēs, piemēram, gaisā, ūdenī, stiklā, ir mazāks par c. Dabā nekas nevar pārvietoties ātrāk par gaismu vakuumā.

Saules gaisma līdz Zemei nonāk vidēji 8 minūtēs un 17 sekundēs

Formulas

Svarīgi atzīmēt, ka gaismas ātrums c ir konstante, kas ietilpst vairākās fizikas formulās. Piemēram,

• pilnā enerģija: $E=mc^{2}$

Vēsture

Jau no seniem laikiem cilvēki ir aizdomājušies par gaismas izplatīšanās ātrumu. Daži, piemēram, Johanness Keplers, Renē Dekarts, uzskatīja, ka gaismas ātrums ir bezgalīgs. Toties tā paša laikmeta zinātnieki Īzaks Ņūtons, Roberts Huks uzskatīja, ka gaismas ātrums ir ļoti liels, bet tā vērtība ir noteikta, nav bezgalīga.

16. gadsimtā gaismas ātrumu mēģināja noteikt Galileo Galilejs. Viņš ar palīgiem izmantoja sveču lukturus. Palīgi nostājās uz kalna vairāku kilometru attālumā un tiklīdz palīgi redz Galileja spīdināto gaismu, tā viņi momentā spīdina atpakaļ. Izmērot šī procesa laiku, viņš cerēja noteikt gaismas ātrumu. Šis eksperiments viņam neļāva aprēķināt gaismas ātrumu, jo, zinot gaismas ātrumu, tas būtībā notika momentāni.

Pirmais, kas noteica gaismas ātruma skaitlisko vērtību, bija dāņu astronoms Ole Rēmers. Viņš pētīja Jupitera pavadoni Jo. Viņš novēroja, ka tas ik pēc noteikta laika ieiet Jupitera ēnā un no Zemes nav redzams. Zinādams pavadoņa apriņķojuma periodu, varēja aprēķināt, kad vajadzētu sākties kārtējam aptumsumam. Patiesībā katru gadu Jo aptumsumi kavējās. Veicot laika mērījumus par aptumsumu kavēšanos, 1676. gadā Rēmers noteica, ka gaismas ātrums ir 214 000 km/s.

Fizo iekārtas diagramma

Uz Zemes gaismas ātrums tika izmērīts aptuveni 100 gadus vēlāk. Ar tā mērīšanu nodarbojās franču zinātnieki Ipolits Fizo un Žans Fuko. Ipolits Fizo izveidoja iekārtu no nekustīga spoguļa un rotējoša zobrata ar 720 zobiem. Eksperimenta laikā gaismas stars izgāja caur vienu no zobrata zobiem un tika fokusēts uz 7 jūdžu attālo spoguli kalna virsotnē. Gaismas stars atstarojas no tā atpakaļ un gaisma nonāca acī. Zinot zobrata griešanās ātrumu un zobu platumu, Fizo aprēķinātais gaismas ātrums bija 313 300 km/s.

Žans Fuko izgatavoja citu ierīci ar rotējošu spoguli. Tas, līdzīgi kā Fuko zobrats, gaismu sadalīja īsos impulsos un ļāva noteikt impulsa ceļā pavadīto laiku prom un atpakaļ no atstarotāja. Fuko aprēķinātais gaismas ātrums bija 298 000 km/s.

1926. gadā amerikāņu fiziķis Alberts Maikelsons pilnveidoja Fuko ierīci, spoguļa vietā izmantojot astoņstūru spoguļprizmu. Sagatavošanās eksperimentam ilga teju vai trīs gadus. Tolaik tas bija precīzākais gaismas ātruma mērījums. Viņa gaismas ātrums bija 299 796 ± 4 km/s.

Vēlāk gaismas ātrums tika noteikts, izmantojot lāzera starojumu. Mērījumus veica vairāki zinātnieki. 1975. gadā Starptautiskā mēru un svaru komiteja rekomendēja izmantošanai gaismas ātruma vakuumā vērtību 299 792 458 ± 1,2 m/s.

Mūsdienās gaismas ātrums ir viena no fizikas fundamentālajām konstantēm. Ar to tiek izteikti citi fizikāli lielumi un konstantes.

Skatīt arī

• Gaisma