BERAPA KECEPATAN CAHAYA?

Send

Sejak zaman kuno, para filsuf dan cendekiawan telah berusaha memahami cahaya. Selain mencoba membedakan sifat dasarnya (mis. Terbuat dari apa - partikel atau gelombang, dll.) Mereka juga berupaya membuat pengukuran terbatas tentang seberapa cepat ia bergerak. Sejak akhir abad ke-17, para ilmuwan telah melakukan hal itu, dan dengan semakin akurat.

Dengan demikian, mereka telah memperoleh pemahaman yang lebih baik tentang mekanika cahaya dan peran penting yang dimainkannya dalam fisika, astronomi, dan kosmologi. Sederhananya, cahaya bergerak dengan kecepatan luar biasa dan merupakan hal yang paling cepat bergerak di Semesta. Kecepatannya dianggap sebagai penghalang konstan dan tidak dapat dipecahkan, dan digunakan sebagai alat untuk mengukur jarak. Tapi seberapa cepat perjalanannya?

Kecepatan cahaya (c):

Cahaya bergerak dengan kecepatan konstan 1.079.252.848,8 (1,07 miliar) km per jam. Itu bekerja untuk 299.792.458 m / s, atau sekitar 670.616.629 mph (mil per jam). Untuk menempatkan itu dalam perspektif, jika Anda dapat melakukan perjalanan dengan kecepatan cahaya, Anda akan dapat mengelilingi dunia sekitar tujuh setengah kali dalam satu detik. Sementara itu, seseorang yang terbang dengan kecepatan rata-rata sekitar 800 km / jam (500 mph), akan membutuhkan waktu lebih dari 50 jam untuk mengelilingi planet ini sekali saja.

Untuk menempatkan itu dalam perspektif astronomi, jarak rata-rata dari Bumi ke Bulan adalah 384.398,25 km (238.854 mil). Jadi cahaya melintasi jarak itu dalam waktu sekitar satu detik. Sementara itu, jarak rata-rata dari Matahari ke Bumi adalah ~ 149.597.886 km (92.955.817 mil), yang berarti bahwa cahaya hanya membutuhkan waktu sekitar 8 menit untuk melakukan perjalanan itu.

Tidak heran mengapa kecepatan cahaya adalah metrik yang digunakan untuk menentukan jarak astronomi. Ketika kita mengatakan bintang seperti Proxima Centauri berjarak 4,25 tahun cahaya, kita mengatakan bahwa dibutuhkan - bepergian dengan kecepatan konstan 1,07 miliar km per jam (670.616.629 mph) - sekitar 4 tahun dan 3 bulan untuk sampai di sana. Tapi bagaimana kita sampai pada pengukuran yang sangat spesifik ini untuk "kecepatan cahaya"?

Sejarah Studi:

Hingga abad ke-17, para sarjana tidak yakin apakah cahaya dapat melaju dengan kecepatan terbatas atau seketika. Dari zaman Yunani kuno hingga cendekiawan dan ilmuwan Islam abad pertengahan dari periode modern awal, perdebatan itu bolak-balik. Tidak sampai karya astronom Denmark Øle Rømer (1644-1710) bahwa pengukuran kuantitatif pertama dilakukan.

Pada tahun 1676, Rømer mengamati bahwa periode bulan terdalam Jupiter, Io, tampak lebih pendek ketika Bumi mendekati Jupiter daripada saat ia surut darinya. Dari ini, ia menyimpulkan bahwa cahaya bergerak dengan kecepatan terbatas, dan memperkirakan bahwa dibutuhkan sekitar 22 menit untuk melintasi diameter orbit Bumi.

Christiaan Huygens menggunakan perkiraan ini dan menggabungkannya dengan perkiraan diameter orbit Bumi untuk memperoleh perkiraan 220.000 km / s. Isaac Newton juga berbicara tentang perhitungan Rømer dalam pekerjaan mani Opticks (1706). Menyesuaikan jarak antara Bumi dan Matahari, ia menghitung bahwa perlu waktu tujuh atau delapan menit untuk bergerak dari satu ke yang lain. Dalam kedua kasus tersebut, mereka mendapatkan margin yang relatif kecil.

Kemudian pengukuran yang dilakukan oleh fisikawan Perancis Hippolyte Fizeau (1819 - 1896) dan Léon Foucault (1819 - 1868) menyempurnakan pengukuran ini lebih lanjut - menghasilkan nilai 315.000 km / s (192.625 mi / s). Dan pada paruh kedua abad ke-19, para ilmuwan menjadi sadar akan hubungan antara cahaya dan elektromagnetisme.

Ini dicapai oleh fisikawan yang mengukur muatan elektromagnetik dan elektrostatik, yang kemudian menemukan bahwa nilai numeriknya sangat dekat dengan kecepatan cahaya (sebagaimana diukur oleh Fizeau). Berdasarkan karyanya sendiri, yang menunjukkan bahwa gelombang elektromagnetik merambat di ruang kosong, fisikawan Jerman Wilhelm Eduard Weber mengusulkan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik.

Terobosan besar berikutnya datang pada awal abad ke-20 / Dalam makalahnya tahun 1905, berjudul “Tentang Elektrodinamika Benda Bergerak ”, Albert Einstein menegaskan bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa, diukur oleh pengamat non-akselerasi, adalah sama dalam semua kerangka referensi inersia dan independen dari gerakan sumber atau pengamat.

Menggunakan ini dan prinsip relativitas Galileo sebagai dasar, Einstein menurunkan Teori Relativitas Khusus, di mana kecepatan cahaya dalam ruang hampa (c) adalah konstanta fundamental. Sebelum ini, konsensus yang bekerja di antara para ilmuwan berpendapat bahwa ruang dipenuhi dengan "luminiferous aether" yang bertanggung jawab untuk propagasinya - yaitu bahwa cahaya yang melakukan perjalanan melalui media yang bergerak akan diseret oleh medium.

Ini pada gilirannya berarti bahwa kecepatan cahaya yang diukur adalah jumlah sederhana dari kecepatannya melalui medium plus kecepatan dari media itu. Namun, teori Einstein secara efektif membuat konsep stasioner tidak berguna dan merevolusi konsep ruang dan waktu.

Tidak hanya memajukan gagasan bahwa kecepatan cahaya adalah sama di semua kerangka referensi inersia, itu juga memperkenalkan gagasan bahwa perubahan besar terjadi ketika benda bergerak mendekati kecepatan cahaya. Ini termasuk kerangka ruang-waktu dari benda yang bergerak yang tampak melambat dan berkontraksi ke arah gerakan ketika diukur dalam kerangka pengamat (mis. Pelebaran waktu, di mana waktu melambat ketika kecepatan cahaya mendekati).

Pengamatannya juga mendamaikan persamaan Maxwell untuk listrik dan magnet dengan hukum-hukum mekanika, menyederhanakan perhitungan matematika dengan menghilangkan penjelasan asing yang digunakan oleh ilmuwan lain, dan sesuai dengan kecepatan cahaya yang diamati secara langsung.

Selama paruh kedua abad ke-20, pengukuran yang semakin akurat menggunakan inferometer laser dan teknik resonansi rongga akan semakin menyempurnakan perkiraan kecepatan cahaya. Pada tahun 1972, sebuah kelompok di Biro Standar Nasional AS di Boulder, Colorado, menggunakan teknik laser inferometer untuk mendapatkan nilai yang saat ini diakui sebesar 299.792.458 m / s.

Peran dalam Astrofisika Modern:

Teori Einstein bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa tidak tergantung pada gerakan sumber dan kerangka referensi inersia pengamat sejak itu telah secara konsisten dikonfirmasi oleh banyak percobaan. Ini juga menetapkan batas atas pada kecepatan di mana semua partikel dan gelombang tanpa massa (yang termasuk cahaya) dapat bergerak dalam ruang hampa udara.

Salah satu hasil dari ini adalah bahwa kosmolog sekarang memperlakukan ruang dan waktu sebagai satu, struktur terpadu yang dikenal sebagai ruangwaktu - di mana kecepatan cahaya dapat digunakan untuk menentukan nilai untuk keduanya (yaitu "tahun cahaya", "menit cahaya", dan "Detik cahaya"). Pengukuran kecepatan cahaya juga menjadi faktor utama ketika menentukan laju ekspansi kosmik.

Dimulai pada 1920-an dengan pengamatan Lemaitre dan Hubble, para ilmuwan dan astronom menjadi sadar bahwa Semesta berkembang dari titik asal. Hubble juga mengamati bahwa semakin jauh suatu galaksi, semakin cepat ia bergerak. Dalam apa yang sekarang disebut sebagai Parameter Hubble, kecepatan di mana Semesta berkembang dihitung hingga 68 km / s per megaparsec.

Fenomena ini, yang telah berteori berarti bahwa beberapa galaksi sebenarnya bisa bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya, dapat membatasi apa yang diamati di Alam Semesta kita. Pada dasarnya, galaksi yang bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya akan melintasi "cakrawala peristiwa kosmologis", di mana mereka tidak lagi terlihat oleh kita.

Juga, pada 1990-an, pengukuran pergeseran merah galaksi jauh menunjukkan bahwa ekspansi Semesta telah meningkat selama beberapa miliar tahun terakhir. Ini telah mengarah pada teori-teori seperti "Energi Gelap", di mana kekuatan yang tak terlihat mendorong ekspansi ruang itu sendiri alih-alih benda yang bergerak melewatinya (sehingga tidak menempatkan kendala pada kecepatan cahaya atau melanggar relativitas).

Seiring dengan relativitas khusus dan umum, nilai modern kecepatan cahaya dalam ruang hampa telah menginformasikan kosmologi, fisika kuantum, dan Model Standar fisika partikel. Itu tetap konstan ketika berbicara tentang batas atas di mana partikel tak bermassa dapat melakukan perjalanan, dan tetap menjadi penghalang yang tidak dapat diraih untuk partikel yang bermassa.

Mungkin, suatu hari, kita akan menemukan cara untuk melampaui kecepatan cahaya. Meskipun kami tidak memiliki ide praktis tentang bagaimana hal ini bisa terjadi, uang pintar tampaknya ada pada teknologi yang akan memungkinkan kami untuk menghindari hukum ruangwaktu, baik dengan membuat gelembung warp (alias. The Alcubierre Warp Drive), atau menerobosnya ( alias lubang cacing).

Sampai saat itu, kita hanya perlu puas dengan Semesta yang dapat kita lihat, dan tetap berpegang pada penjelajahan bagian yang dapat dijangkau menggunakan metode konvensional.

Kami telah menulis banyak artikel tentang kecepatan cahaya untuk Space Magazine. Inilah Seberapa Cepat Kecepatan Cahaya ?, Bagaimana Galaksi Bergerak Lebih Cepat dari Cahaya?, Bagaimana Perjalanan Luar Angkasa Lebih Cepat dari Kecepatan Cahaya ?, dan Mematahkan Kecepatan Cahaya.

Inilah kalkulator keren yang memungkinkan Anda mengonversi banyak unit berbeda untuk kecepatan cahaya, dan inilah kalkulator relativitas, jika Anda ingin menempuh hampir kecepatan cahaya.

Pemain Astronomi juga memiliki episode yang membahas pertanyaan tentang kecepatan cahaya - Pertanyaan Tunjukkan: Relativitas, Relativitas, dan lebih banyak Relativitas.

Sumber: