Khác biệt giữa bản sửa đổi của “Tốc độ ánh sáng”

Nội dung được xóa Nội dung được thêm vào
Không có tóm lược sửa đổi
Thẻ: Sửa đổi di động Sửa đổi từ trang di động
n Đã lùi lại sửa đổi của 2402:800:6346:3011:8461:E54A:FBBE:127D (Thảo luận) quay về phiên bản cuối của Vuara
Thẻ: Lùi tất cả
Dòng 1:
{{1000 bài cơ bản}}
<br />
{{Hộp thông tin
| bodyclass = widerleft
| title = Tốc độ ánh sáng
| image = [[Tập tin:Earth to Sun - en.png|300px|alt=Khoảng cách trung bình từ Trái Đất đến Mặt Trời là 150 triệu kilômét. Vẽ theo tỷ lệ.]]
| caption = [[bức xạ Mặt Trời|Ánh sáng Mặt Trời]] mất khoảng 8 [[phút]] 19 [[giây]] để đến [[Trái Đất]] (theo khoảng cách trung bình).
| header1 = Giá trị trung bình
|labelstyle = font-weight:normal
| label2 = [[mét trên giây]]
| data2 = {{val|299792458}}
| label3 = [[Hệ thống đo lường Planck|đơn vị Planck]]
| data3 = 1
| label4 = [[mét trên giây|kilômét trên giây]]
| data4 = {{val|299792.458}}
| header5 = Giá trị xấp xỉ <!--phần này liệt kê giá trị cho c với độ chính xác ba chữ số đầu tiên. Đề nghị không thay đổi giá trị của nó!-->
| label6 = [[kilômét trên giờ]]
| data6 = 1,08 tỷ
| label7 = [[mét trên giây|dặm trên giây]]
| data7 = 186.000
| label8 = [[mét trên giây|dặm trên giờ]]
| data8 = 671 triệu
| label9 = [[đơn vị thiên văn]] trên ngày
| data9 = 173
| header10 = Xấp xỉ khoảng thời gian ánh sáng đi qua
| label11 = '''Khoảng cách'''
| data11 = '''Thời gian'''
| label12 = một [[foot]]
| data12 = 1,0 [[nanô|n]][[giây|s]]
| label13 = một [[mét]]
| data13 = 3,3 ns
| label16 = từ [[quỹ đạo địa tĩnh]] đến Trái Đất
| data16 = 119 [[giây|ms]]
| label17 = chu vi [[xích đạo]] Trái Đất
| data17 = 134 ms
| label18 = từ [[Mặt Trăng]] đến Trái Đất
| data18 = 1,3 [[giây|s]]
| label19 = từ [[Mặt Trời]] đến Trái Đất (1 [[đơn vị thiên văn|AU]])
| data19 = 8,3 [[phút|min]]
| label21 =
| data21 =
| label22 = từ [[Proxima Centauri|ngôi sao gần nhất]] đến Mặt Trời (1,3 [[Parsec|pc]])
| data22 = 4,2 năm
| label23 =
| data23 =
| label24 = từ thiên hà gần nhất ([[thiên hà lùn Canis Major]]) đến Trái Đất
| data24 = khoảng 25.000 năm
| label25 = băng qua [[Ngân Hà]]
| data25 = khoảng 100.000 năm
| label26 = từ [[thiên hà Andromeda]] đến Trái Đất
| data26 = khoảng 2,5 triệu năm
}}
{{Thuyết tương đối hẹp}}
'''Tốc độ ánh sáng''' (một cách tổng quát hơn, tốc độ lan truyền của [[bức xạ điện từ]]) trong [[chân không]], ký hiệu là '''''c''''', là một [[hằng số vật lý]] cơ bản quan trọng trong nhiều lĩnh vực [[vật lý]]. Nó có giá trị chính xác bằng 299.792.458 [[mét trên giây]], bởi vì [[đơn vị]] độ dài [[mét]] được định nghĩa lại dựa theo hằng số này và [[giây]] tiêu chuẩn.<ref name="penrose">{{chú thích sách| last=Penrose |first=R | year=2004 | title=[[The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe]] | pages=410–1 | publisher=Vintage Books | isbn=978-0-679-77631-4 | quote=... tiêu chuẩn hiện tại chính xác nhất được ''định nghĩa'' thuận tiện chính xác bằng 299.792.458 lần khoảng cách ánh sáng đi được trong một giây tiêu chuẩn, cho giá trị về đơn vị mét một cách chính xác hơn thanh mét tiêu chuẩn đặt tại Paris. }}</ref> Theo [[thuyết tương đối hẹp]], ''c'' là tốc độ cực đại mà mọi năng lượng, vật chất, và [[thông tin vật lý|thông tin]] trong [[vũ trụ]] có thể đạt được. Nó là tốc độ cho mọi [[hạt phi khối lượng]]{{#tag:ref|Các hạt mà khối lượng nghỉ được cho là bằng [[0 (số)|0]]. Hiện khoa học ghi nhận có 2 dạng hạt truyền tương tác [[Boson gauge]] có khối lượng này bằng 0: [[Photon]] của [[tương tác điện từ]] và [[Gluon]] của [[tương tác mạnh]]. [[Neutrino]] được cho là có khối lượng, mặc dù rất nhỏ|group=Ct}} liên kết với các [[trường (vật lý)|trường]] vật lý (bao gồm [[bức xạ điện từ]] như [[photon]] [[ánh sáng]]) lan truyền trong chân không. Nó cũng là tốc độ truyền của [[tương tác hấp dẫn|hấp dẫn]] (như [[sóng hấp dẫn]]) được tiên đoán bởi các lý thuyết hiện tại. Những hạt và sóng truyền với vận tốc ''c'' không kể chuyển động của nguồn hay của [[Hệ quy chiếu|hệ quy chiếu quán tính]] của người quan sát. Trong [[thuyết tương đối]], ''c'' có liên hệ với [[không thời gian|không gian và thời gian]], và do vậy nó xuất hiện trong phương trình nổi tiếng [[sự tương đương khối lượng-năng lượng]] ''E''&nbsp;=&nbsp;''mc''<sup>2</sup>.<ref name=LeClerq>{{chú thích sách| last=Uzan |first=J-P |last2=Leclercq |first2=B | year=2008 | title=The Natural Laws of the Universe: Understanding Fundamental Constants | url=http://books.google.com/?id=dSAWX8TNpScC&pg=PA43 | pages=43–4 | publisher=[[Springer (nhà xuất bản)|Springer]] | isbn=0-387-73454-6 }}</ref>
 
Vận tốc của ánh sáng khi nó lan truyền qua [[vật liệu]] trong suốt, như [[thủy tinh]] hoặc [[Khí quyển Trái Đất|không khí]], nhỏ hơn ''c''. Tỉ số giữa ''c'' và vận tốc ''v'' của ánh sáng truyền qua vận liệu gọi là chỉ số [[chiết suất]] ''n'' của vật liệu (''n''&nbsp;=&nbsp;''c''&nbsp;/&nbsp;''v''). Ví dụ, đối với [[ánh sáng|ánh sáng khả kiến]] chiết suất của thủy tinh có giá trị khoảng 1,5, có nghĩa là ánh sáng truyền qua thủy tinh với vận tốc {{nowrap|''c'' / 1,5 ≈ {{val|200000|u=km/s}}}}; chiết suất của không khí cho ánh sáng khả kiến bằng 1,0003, do vậy tốc độ trong không khí của ánh sáng chậm hơn {{val|90|u=km/s}} so với ''c''.
 
Trong thực hành hàng ngày, ánh sáng có thể coi là lan truyền "tức thì", nhưng đối với khoảng cách lớn và phép đo rất nhạy sự hữu hạn của tốc độ ánh sáng có thể nhận biết được. Ví dụ, trong các video về những cơn bão có [[tia sét]] trong khí quyển Trái Đất chụp từ [[Trạm vũ trụ Quốc tế]] ISS, hình ảnh tia sáng chạy dài từ ánh chớp có thể nhận thấy được, và cho phép các nhà khoa học ước lượng tốc độ ánh sáng bằng cách phân tích các khung hình về vị trí của đầu sóng (wavefront) tia sáng. Điều này không hề ngạc nhiên, do thời gian ánh sáng đi một vòng quanh chu vi Trái Đất vào cỡ 140 milli giây. Hiện tượng thời gian trễ này cũng chính là nguyên nhân trong [[cộng hưởng Schumann]]. Trong liên lạc truyền tín hiệu thông tin đến các tàu không gian, thời gian mất khoảng từ vài phút đến hàng giờ cho tín hiệu đến được Trái Đất và ngược lại. Ánh sáng phát ra từ những ngôi [[sao]] đến được chúng ta mất thời gian nhiều năm, cho phép các nhà thiên văn nghiên cứu được lịch sử của vũ trụ bằng cách quan sát những thiên thể ở rất xa. Tốc độ hữu hạn của ánh sáng cũng đặt ra giới hạn lý thuyết cho tốc độ tính toán của [[máy tính]], do thông tin dưới dạng bit truyền bằng tín hiệu điện trong máy tính giữa các [[bộ vi xử lý]]. Cuối cùng, tốc độ ánh sáng có thể được kết hợp với thời gian chuyến bay (time of flight) nhằm đo lường các khoảng cách lớn với độ chính xác cao.
Vận tốc của ánh sáng khi nó lan truyền qua vật liệu trong suốt, như thủy tinh hoặc không khí, nhỏ hơn ''c''. Tỉ số giữa ''c'' và vận tốc ''v'' của ánh sáng truyền qua vận liệu gọi là Ví dụ, đối với ánh sáng khả kiến chiết suất của thủy tinh là ánh sáng truyền qua thủy tinh với vận tốc ;
 
[[Ole Rømer]] là người đầu tiên chứng tỏ ánh sáng truyền với tốc độ hữu hạn vào năm 1676 (trái ngược với suy nghĩ tốc độ tức thì vào thời đó) khi ông nghiên cứu chuyển động biểu kiến của vệ tinh [[Io (vệ tinh)|Io]] của [[Sao Mộc]]. Năm 1865, [[James Clerk Maxwell]] dựa trên [[Phương trình Maxwell|lý thuyết điện từ]] của mình chứng tỏ được ánh sáng là một dạng sóng điện từ, do hằng số ''c'' xuất hiện trong các phương trình truyền sóng của ông.<ref name="How" /> Năm 1905, [[Albert Einstein]] nêu ra tiên đề rằng tốc độ ánh sáng trong chân không đối với mọi hệ quy chiếu quán tính là không đổi và độc lập với chuyển động của nguồn sáng,<ref name="stachel">{{chú thích sách |title=Einstein from "B" to "Z" – Volume 9 of Einstein studies |first1=JJ |last1=Stachel |publisher=Springer |year=2002 |isbn=0-8176-4143-2 |page=226 |url=http://books.google.com/books?id=OAsQ_hFjhrAC&pg=PA226}}</ref> và cùng với một tiên đề và các định luật khác ông đã xây dựng lên [[thuyết tương đối hẹp]] và chứng minh rằng hằng số ''c'' còn có liên hệ bản chất sâu xa ngoài khái niệm tốc độ ánh sáng và sóng điện từ. Sau nhiều thập kỷ đo lường chính xác, năm 51975 tốc độ ánh sáng trong chân không được định nghĩa lại bằng {{val|299792458|u=m/s}} với [[sai số]] 4 phần tỷ. năm 1983, đơn vị đo [[mét]] được định nghĩa lại trong hệ [[SI]] bằng khoảng cách ánh sáng truyền trong chân không trong thời gian bằng 1/299.792.458 của một [[giây]]. Kết quả là, giá trị số của ''c'' trong đơn vị mét trên giây được định nghĩa cố định và chính xác.<ref name=BIPM_SI_units>{{chú thích web|title=The International System of Units (SI) |url=http://www.bipm.org/utils/common/pdf/si_brochure_8_en.pdf|publisher=International Bureau of Weights and Measures|year=2006|pages=112|accessdate=ngày 12 tháng 10 năm 2010}}</ref>
Trong thực hành hàng ngày, ánh ảnh tia sáng chạy dài từ ánh chớp có thể nhận thấy được, và cho phép các nhà khoa học ước lượng tốc độ ánh sáng bằng cách phân tích các khung hình về vị trí của đầu sóng (wavefront) tia sáng. Điều này không hề ngạc nhiên, do thời gian ánh sáng đi một vòng quanh chu vi Trái Đất vào cỡ 140 milli giây. Hiện tượng thời gian trễ này cũng chính là nguyên nhân trong cộng hưởng Schumann. Trong liên lạc truyền tín hiệu thông tin đến các tàu không gian, thời gian mất khoảng từ vài phút đến hàng giờ cho tín hiệu đến được Trái Đất và ngược lại. Ánh sáng phát ra từ những ngôi sao đến được chúng ta mất thời gian nhiều năm, cho phép các nhà thiên văn nghiên cứu được lịch sử của vũ trụ bằng cách quan sát những thiên thể ở rất xa. Tốc độ hữu hạn của ánh sáng cũng đặt ra giới hạn lý thuyết cho tốc độ tính toán của
 
{{Giới hạn mục lục}}
Ole Rømer là người đầu tiên chứng tỏ ánh sáng truyền với tốc độ thuyết điện từ của mình chứng tỏ được ánh sáng là một dạng sóng điện từ, do hằng số ''c'' xuất hiện trong các phương trình truyền sóng của ông. Năm 1905, Albert Einstein nêu ra tiên đề rằng tốc độ ánh sáng trong chân không đối với mọi hệ quy chiếu quán tính là không đổi và độc lập với chuyển động của nguồn sáng, và cùng với một tiên đề và các định luật khác ông đã xây dựng lên thuyết tương đối hẹp và chứng minh rằng hằng số ''c'' còn có liên hệ bản chất sâu xa ngoài khái niệm tốc độ ánh sáng và sóng điện từ. Sau nhiều thập kỷ đo lường chính xác, năm 5 tốc độ ánh sáng trong chân không được định nghĩa lại bằng phần tỷ. năm 1983, đơn vị đo mét được định nghĩa lại trong hệ SI bằng khoảng cách ánh sáng truyền trong chân không trong thời của một giây. Kết quả là, giá trị số của ''c'' trong đơn vị mét trên giây được định nghĩa cố định và chính xác.
 
==Giá trị số, ký hiệu, và đơn vị==
Tốc độ ánh sáng trong chân không ký hiệu là '''''c'''''. Ký hiệu ''c'' bắt nguồn từ chữ "''c''onstant" (hằng số) trong hệ thống [[đơn vị đo]] [[hằng số vật lý|vật lý]], và ''c'' cũng bắt nguồn từ chữ Latin "celeritas", có nghĩa là "nhanh nhẹn" hay "tốc độ". (Chữ '''[[C]]''' hoa trong đơn vị [[SI]] ký hiệu cho đơn vị [[Coulomb (đơn vị)|coulomb]] của [[điện tích]].) Ban đầu, ký hiệu ''V'' được dùng cho tốc độ ánh sáng, do James Clerk Maxwell sử dụng năm 1865. Năm 1856, [[Wilhelm Eduard Weber]] và [[Rudolf Kohlrausch]] đã sử dụng ''c'' cho một hằng số khác mà sau này được chỉ ra nó bằng {{radic|2}} lần tốc độ ánh sáng trong chân không. Năm 1894, [[Paul Drude]] định nghĩa lại ''c'' theo cách sử dụng hiện đại. [[Albert Einstein|Einstein]] ban đầu cũng sử dụng ''V'' trong bài báo về thuyết tương đố8iđối hẹp năm 1905, nhưng vào năm 1907 ông chuyển sang sử dụng ''c'', và bắt đầu từ đó nó trở thành một ký hiệu tiêu chuẩn cho tốc độ ánh sáng.<ref name=Yc>
{{chú thích web
|last=Gibbs |first=P
Hàng 66 ⟶ 118:
|publisher=Royal Society of Chemistry
|isbn=0-85404-433-7
}}</ref> Ký hiệu với chỉ số dưới, như được sử dụng trong các văn bản chính của hệ SI,<ref name="BIPM_SI_units">{{chú thích web|url=http://www.bipm.org/utils/common/pdf/si_brochure_8_en.pdf|title=The International System of Units (SI)|year=2006|publisher=International Bureau of Weights and Measures|pages=112|accessdate=ngày 12 tháng 10 năm 2010}}</ref> có cùng dạng như đối với các hằng số liên hệ với nó: bao gồm ''μ''<sub>0</sub> cho [[hằng số từ môi]] hoặc hằng số từ, ''ε''<sub>0</sub> cho [[hằng số điện môi]] hoặc hằng số điện, và ''Z''<sub>0</sub> cho [[trở kháng chân không]]. Bài viết này sử dụng ''c'' cho cả tốc độ ánh sáng trong chân không.
 
Trong hệ SI, mét được định nghĩa là khoảng cách ánh sáng lan truyền trong chân không với thời gian bằng 1/{{val|299792458}} của một giây. Định nghĩa này cố định giá trị của tốc độ ánh sáng trong chân không chính xác bằng {{val|299792458|u=m/s}}.<ref name=Boyes>
Hàng 133 ⟶ 185:
{{xem thêm|Thuyết tương đối hẹp}}
 
Tốc độ ánh sáng lan truyền trong chân không độc lập với cả chuyển động của nguồn sóng cũng như đối với hệ quy chiếu quán tính của người quan sát.<ref group="Ct">Tuy nhiên, [[tần số]] của ánh sáng phụ thuộc vào cả chuyển động của nguồn cũng như hệ quy chiếu đối với người quan sát, do [[hiệu ứng Doppler]].</ref> Tính bất biến của tốc độ ánh sáng do Einstein nêu thành tiên đề trong bài báo về thuyết tương đối hẹp năm 1905,<ref name="stachel">{{chú thích sách|url=http://books.google.com/books?id=OAsQ_hFjhrAC&pg=PA226|title=Einstein from "B" to "Z" – Volume 9 of Einstein studies|last1=Stachel|first1=JJ|publisher=Springer|year=2002|isbn=0-8176-4143-2|page=226}}</ref> sau khi thôi thúc bởi [[phương trình Maxwell|lý thuyết điện từ cổ điển Maxwell]] và không có chứng cứ thực nghiệm nào cho [[Ête (vật lý)|ête siêu sáng]] tồn tại;<ref>
{{chú thích tạp chí
|last=Einstein |first=A
Hàng 641 ⟶ 693:
{{chú thích web
|last=Dumé |first=B
|year=22003
|title=Switching light on and off
Ngược lại, các nhà vật lý cũng chỉ ra có những vật liệu cho phé Nhưng vận tốc nhóm không thể có giá trị vô hạn hoặc âm, tương ứng với hệ quả xung sẽ lan truyền tức thời hoặc
|url=http://physicsworld.com/cws/article/news/2003/dec/10/switching-light-on-and-off
|work=Physics World
|publisher=Institute of Physics
|accessdate = ngày 8 tháng 12 năm 2008}}</ref>
Ngược lại, các nhà vật lý cũng chỉ ra có những vật liệu cho phép [[vận tốc nhóm]] của sóng vượt ''c'' trong các thí nghiệm.<ref>
{{chú thích báo
|last=Whitehouse |first=D
|date=ngày 19 tháng 7 năm 2000
|title=Beam Smashes Light Barrier
|url=http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/841690.stm
|publisher=BBC News
Ngược |accessdate lại,= các nhà vật lý cũng chỉ ra cóngày những8 vậttháng liệu12 chonăm phé2008}}</ref> Nhưng vận tốc nhóm không thể có giá trị vô hạn hoặc âm, tương ứng với hệ quả xung sẽ lan truyền tức thời hoặc đi ngược thời gian.<ref name="MilonniCh2">{{chú thích sách
|title=Fast light, slow light and left-handed light
|author=Milonni, PW
|url=http://books.google.com/?id=kE8OUCvt7ecC&pg=PA25
|chapter=2
|isbn=0-7503-0926-1
|year=2004
|publisher=CRC Press
}}</ref>
 
Tuy nhiên, không một trường hợp nào ở trên cho phép thông tin vật lý truyền nhanh hơn tốc độCácđộ ánh sáng ''c''. Các nhà vật lý cũng chỉ ra chúng ta không thể truyền thông tin bằng một xung ánh sáng có vận tốc nhanh hơn tốc độ của điểm dẫn đầu xung (vận tốc đầu sóng-front velocity). Người ta cũng chỉ ra rằng (dưới những giả sử xác định) vận tốc đầu sóng luôn luôn bằng ''c''.<ref name="MilonniCh2"/> {{clr}}
 
Một hạt có khối lượng đi qua môi trường có thể có vận tốc lớn hơn vận tốc pha của xung ánh sáng trong môi trường đó (và vẫn có vận tKhitốc nhỏ hơn ''c''). Khi một hạt điện tích đi xuyên qua môi trường vật liệu [[điện môi|lưỡng cực điện]], thì hạt đó sẽ phát ra một dсвечениеdạng [[sóng xung kích]] trong miền sóng điện từ, gọi là [[bức xạ Cherenkov]].<ref>{{chú thích tạp chí| last=Cherenkov | first=Pavel A. | authorlink=Pavel Alekseyevich Čerenkov | year=1934 |title=Видимое свечение чистых жидReprintedжидкостей под действием γ-радиации| trans_title=Visible emission of clean liquids by action of γ radiation | journal=Doklady Akademii Nauk SSSR | volume=2 | page=451}} Reprinted in [http://ufn.ru/ru/articles/1967/10/n/ ''Usp. Fiz. Nauk'' 93 (1967) 385], and in "Pavel Alekseyevich Čerenkov: Chelovek i Otkrytie" A. N. Gorbunov, E. P. Čerenkova (eds.), Moskva, Nauka (1999) pp. 149–153.</ref>
 
==Ảnh hưởng của tốc độ hữu hạn trong thực hành==