Fénysebesség

A vákuumbeli fénysebesség az egyik alapvető fizikai állandó. Pontos értéke 299 792 458 m/s minden vonatkoztatási rendszerben. Jele: c (a latin celeritas, „sebesség” szóból). Jelenlegi ismereteink szerint semmilyen hatás nem terjedhet gyorsabban a vákuumbeli fénysebességnél. Értékét 1975-ben rögzítették az SI mértékegységrendszer számára. Az alapvető természeti állandók értékének nincs mérési bizonytalansága. Ezért a vonatkozó táblázatban az exact szó szerepel.

A fény sebessége más közegekben kisebb a vákuumbelinél. Értékét a közeg abszolút n törésmutatójából lehet kiszámolni.

$n={\frac {c}{c'}}$,

ahol c a vákuumbeli, c' a közegbeli fénysebesség.

Vákuumban a fény terjedési sebessége meghatározható a következő összefüggés alapján:

$c_{0}={\frac {1}{\sqrt {\epsilon _{0}\mu _{0}}}}$

ahol:

c₀ : a fény sebessége

ε₀ : a vákuum permittivitása (vákuum dielektromos állandó)

μ₀ : a vákuum mágneses permeabilitása

Mérése

A fénysebesség mérését többen megkísérelték, egyik első közülük Galilei volt, aki két távoli hegycsúcson egy-egy lámpást helyezett el. A kísérletben először Galilei nyitotta ki lámpásának ablakát, és mikor a segítője a másik hegycsúcson megpillantotta a fényt, ő is kinyitotta a sajátját. Galilei a kísérletet különböző távolságokkal megismételte, de nem kapott eltérést, így rájött, hogy a mért idő jelentős részét az emberi reakcióidő teszi ki. Annyit megállapított, hogy a fény sebessége igen nagy. Mások úgy próbálták elvégezni a mérést, hogy egy éjszaka elsütött ágyú fényének egy távoli tükörről visszaverődését figyelték. A kísérlet szintén csak annyi eredményt hozott, hogy a fénysebesség igen nagy.

Az egyik legkorábbi értékelhető mérést Ole Rømer dán fizikus végezte 1676-ban. A Jupiter egyik holdját, az Iót figyelte meg távcsővel, és eltéréseket vett észre az Io keringési periódusában. Rømer az eltérésekből 227 000 kilométer per másodperc értéket kapott.

Bradley az aberráció jelenségével már 1% pontossággal határozta meg a fénysebességet. Ennek lényege, hogy ha a (hosszúkás) távcső a bejövő fénysugárra merőlegesen mozog, akkor a távcsövet nem pontosan a fénysugár irányába kell beállítani, hanem attól kissé ferdén.

Az első sikeres mérés, mely csak földi tárgyakat használt, Hippolyte Fizeau mérése volt 1849-ben. Fizeau fénysugarakat irányított egy 8,6 kilométerre levő tükörre, és egy fogaskereket helyezett a fény útjába, melyen a fény oda-vissza áthaladt. Ha áll a kerék, akkor visszatér a fény ugyanazon a fogközön. Növelve a fordulatszámot, a fogközön átmenő fény visszatérve fogra esik, tovább növelve már a következő fogközön tud áthaladni, vagyis egyenletesen növelve a fordulatszámot a fény felváltva átjut illetve nem jut át. Ha ismerjük a távolságot és a fordulatszámokat, akkor a fény sebessége kiszámítható. Ő akkor 313 000 kilométer per másodpercet kapott.

Albert A. Michelson 1926-ban, forgó tükrök használatával korrigálta mérését, azt az időt mérve, amely a kaliforniai Wilson-hegy és a San Antonio-hegy távolság oda-vissza megtételéhez szükséges. A precíz méréssel 299 796 km/s értéket kapott. Hétköznapi használatra ezt gyakran felkerekítjük 300 000 km/s értékre.

A fénysebességen alapuló méter

Bay Zoltán javasolta 1965-ben, hogy a távolságegységet, a métert alapozzuk a pontosabban mérhető időegységre és a fénysebességre. Szakirodalmi kutatásokat végzett a fénysebesség állandóságával kapcsolatban. 1983-ban az Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia Párizsban tartotta 17. ülését, ahol elfogadták az egységes rendszert, és a következő megállapodást fogalmazták meg:

A méter a fény által a vákuumban a másodperc 1 /299 792 458-ad része alatt megtett út hossza.

Ezt megerősítette a 24. Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia 2011-ben:

Külső hivatkozások

• Hraskó Gábor, Hraskó Péter: Fénysebesség-váltás?, Természet Világa, 2003. február, 59-63. old.
• Szász Ágota–Néda Zoltán: Hálózati ping-pong – avagy a fény sebességének számítógépes mérése, Fizikai Szemle, 2007/4. 132.o.