بحث عن سرعة الضوء

في الماضي كان الإنسان يظن أنّ الضوء ينتقل لحظيّاً، وهذا عائد إلى سرعة انتقال الضوء وعدم قدرة الإنسان في الماضي على قياس تلك السرعة الكبيرة، حتى جاء العالم أوول رومر سنة 1676م وقال أنّ للضوء سرعة تحدّد بواسطة دراسة الحركة الظاهريّة لقمر من أقمار المشتري وهو أيو، وفي العام 1865م، وقدّم ماكسويل اقتراحاً باحتساب الضوء كموجة كهرومغناطيسية، وبالعام 1905م جاء ألبيرت آينشتاين ليفترض استقلال سرعة الضوء عن تأثير حركة المصدر، وأثبت فرضيّته، واكتشف أيضاً العواقب كلها التي تتعلّق باشتقاقه لنظريته النسبيّة، وبها أوضح أنّ الثابت c هو ثابت طبيعيّ، ولا ينحصر فقط في سياق الضوء والظواهر الكهرومغناطيسيّة، وبعد قرون من القياسات وبالعام 1975م وصل العلم لحساب سرعة الضوء بدقة، وكان الناتج بنسبة خطأ عالي وهو 4 أجزاء بالمليون، 299,792,458 م/ث.

تعتبر سرعة الضوء عند مروره في الفراغ ثابتاً فيزيائياً عالميّاً، وهو ثابت مهمّ في الكثير من المجالات الفيزياء، ويرمز لثابت سرعة الضوء بالرمز c وهو يساوي بالضبط 299,792,458 متراً لكلّ ثانية، وهذا الرقم دقيق جدّاً لأنّ طول المتر الواحد يُعَرَّف الآن وفقاً لقيمة هذا الثابت وللمعيار الدولي للوقت، ويمكن تقريب هذا الرقم لثلاث منازل ليكون ثابت الضوء تقريباً 300,000 كيلو متر في الثانية أو عند تحويل الوحدات هو مليار كيلو متر لكلّ ساعة.

من المعروف أنّ سرعة الضوء أو الثابت (c) هي أعلى سرعة يمكن بها السفر لكلّ أشكال الطاقة أو المادّة أو حتى المعلومات القادمة من الفضاء، وهي أيضاً سرعة انتقال أو سفر الجسيمات عديمة الكتلة كالإشعاعات الكهرومغناطيسيّة كالضوء؛ ومجالاتها المتلازمة عبر الفراغ، وتسافر الجسيمات والأمواج بسرعة الضوء (c) مهما كانت سرعة المصدر، وذُكِر ثابت سرعة الضوء في نظرية النسبية، فكان الثابت c يرابط بين المكان والزمان، ويظهر الثابت أيضاً في المعادلة الشهيرة لتكافؤ المادة والطاقة E = mc2.

من خصائص الضوء أنّه ينتشر في المواد الشفافة كالزجاج أو الهواء، لكن الثابت الذي ذكرناه من قبل هو ثابت سرعة الضوء في الفراغ، أمّا الزجاج أو الماء أو الهواء فهي أوساط أكثر كثافة فينتقل الضوء فيها بسرعة أقلّ من الثابت c، وتحسب سرعة الضوء في المواد المختلف بحساب النسبة بين الثابت (c) وبين سرعة الضوء في مادة مختلفة v بالانكسار n للمادة والمعادلة هي (n=c/v).

للتوضيح هذا مثال، يساوي قرين انكسار الضوء المار في الزجاج تقريباً 1.5، وهذا يعني هذا أنّ الضوء يسير في الزجاج بسرعة v= c /1.5 لتكون النتيجة ≈ 200,000 كيلومتر/ ثانية، وعند تكرار النظرية على الهواء ينتج القرين للانكسار 1.0003، وهذا يعني أن ثابت سرعة الضوء المرئي يقل عند انتقال الضوء في الهواء بحوالي 90 كم / ث عن الثابت في الفراغ c.