thumbnail - Tốc độ ánh sáng có giống nhau ở mọi nơi không?
Nga Nguyễn
Hà Nội

Tốc độ ánh sáng có giống nhau ở mọi nơi không?

Có thể tốc độ ánh sáng khác nhau trên các hành tinh khác không? giống như trên các hành tinh khác, tốc độ âm thanh có thể bị ảnh hưởng bởi số lượng các hạt trong khí quyển?

Ánh sáng là một sóng điện từ, và đối với bất kỳ sóng nào, vận tốc của nó được xác định bởi "môi trường" mà nó lan truyền.

Tốc độ ánh sáng có giống nhau ở mọi nơi không? 

Sóng âm chỉ có thể truyền trong môi trường vật chất (trong chất khí, chất lỏng, chất rắn, plasmas... chứ không phải chân không), và vận tốc của sóng sẽ phụ thuộc vào một số tính chất vật lý của môi trường: mật độ, nhiệt độ hoặc các đại lượng khác phức tạp hơn (chẳng hạn như chỉ số đoạn nhiệt đối với chất khí và mô đun Young (suất Young) đối với chất rắn). Do đó, nếu các thuộc tính của phương tiện được biết, tốc độ âm thanh có thể được tính theo lý thuyết. Phương pháp tương hỗ đã được sử dụng để xác định bên trong Trái đất: bằng cách "lắng nghe" các sóng âm thanh (tạo ra bởi các vụ nổ hạt nhân) từ bề mặt Trái đất, người ta có thể tính toán vận tốc của chúng và xác định các đặc tính vật lý của vật liệu cấu tạo nên bên trong Trái đất. Ở cấp độ vi mô, sóng âm thanh là những dao động nhỏ của các nguyên tử / phân tử làm cho môi trường truyền chúng, vì lý do này mà âm thanh không thể truyền trong không gian.

Ánh sáng, hay sóng điện từ, là những dao động của trường điện từ tồn tại độc lập với vật chất. Vì lý do này, ánh sáng có thể di chuyển trong không gian (tức là trong khoảng không). Trong thuyết tương đối rộng và đặc biệt, tốc độ ánh sáng là một hằng số phổ c = 300.000 km / s (đã làm tròn). Tuy nhiên, ánh sáng tương tác với vật chất, và sự tương tác này dẫn đến sự thay đổi tốc độ biểu kiến ​​của ánh sáng trên thang đo vĩ mô (con người). Trong trường hợp đó, đối với sóng âm, tốc độ biểu kiến ​​của ánh sáng sẽ thay đổi tùy thuộc vào tính chất vật lý trung bình, nhưng theo một kiểu khác với sóng âm. Một trong những tính chất này là hằng số điện môi tương đối của môi trường (một số adimensional có giá trị luôn lớn hơn 1), và thường tốc độ ánh sáng trong môi trường chỉ đơn giản là c chia cho căn bậc hai của hằng số điện môi tương đối. Vậy vận tốc mới luôn nhỏ hơn c.

Trong trường hợp ánh sáng nhìn thấy và môi trường trong mờ, để thuận tiện, chúng ta xác định "chiết suất" n của môi trường là căn bậc hai của hằng số điện môi tương đối (một giá trị vẫn là adimensional và bằng hoặc lớn hơn 1). Trong trường hợp đó, tốc độ ánh sáng trong môi trường là c / n, và n là tốc độ thông thường được đo thực nghiệm đối với các môi trường khác nhau. Tất nhiên, giá trị của n phụ thuộc vào vật liệu được sử dụng (và thậm chí còn bị ảnh hưởng bởi bước sóng truyền ánh sáng), nhưng các giá trị của n được lập bảng tốt. Ví dụ, n = 1,33 đối với nước, n = 1,5 đối với thủy tinh và n = 1.0003 đối với không khí trong khí quyển (ở áp suất và nhiệt độ tiêu chuẩn).

Trên một hành tinh khác, tốc độ ánh sáng sẽ phụ thuộc vào chiết suất của môi trường tạo nên hành tinh (chất khí, chất lỏng hoặc chất rắn, miễn là nó trong suốt). Hiện tại, hiểu biết của chúng ta về những hiện tượng này đủ để tính toán lý thuyết tốc độ ánh sáng trên một hành tinh khác nếu chúng ta biết thành phần và tính chất của hành tinh đó.

Chủ đề liên quan

Chủ đề khác