Tekst źródłowy strony Prędkość światła

'''Prędkość światła''' w zależności od kontekstu może oznaczać:
* [[prędkość]] [[Promieniowanie elektromagnetyczne|fali elektromagnetycznej]] w [[próżnia|próżni]] i wynikającą z tego stałą fizyczną (c&nbsp;=&nbsp;299&nbsp;792&nbsp;458&nbsp;[[metr na sekundę|m/s]]),
* prędkość [[światło|światła]] w ośrodkach materialnych.

== Prędkość światła w próżni ==
[[Plik:Speed of light from Earth to Moon.gif|thumb|300px|Niniejsza symulacja obrazuje przybliżony czas potrzebny światłu, aby pokonać dystans dzielący [[Ziemia|Ziemię]] i [[Księżyc]]]]
Prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w próżni nie zależy od częstości fali <math>(\omega=c\,k)</math> ani [[Układ odniesienia|układu odniesienia]]. Stałość tej prędkości wynika z podstawowych własności [[Przestrzeń (fizyka)|przestrzeni]] i dlatego w [[Fizyka|fizyce]] określa się stałą <math>c</math> o nazwie ''prędkość światła''.

=== Stała fizyczna ===
Prędkość światła (prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w [[próżnia|próżni]]) jest [[Stałe fizyczne|stałą fizyczną]] oznaczaną symbolem <math>c,</math> wynoszącą dokładnie
:: <math>c = 299\,792\,458\,\mathrm\tfrac{m}{s}.</math>

W [[elektrodynamika klasyczna|elektrodynamice klasycznej]] prędkość światła jest konsekwencją [[równania Maxwella|równań Maxwella]]. Rozwiązanie tych równań dla [[Pole elektromagnetyczne|pola elektromagnetycznego]] w próżni prowadzi do [[równanie falowe|równania falowego]], w którym pojawia się stała będąca [[Prędkość fazowa|prędkością fazową]] fali elektromagnetycznej, czyli prędkość światła w próżni. Jest to stała fundamentalna związana z własnościami [[próżnia|próżni]], m.in. z [[przenikalność elektryczna|przenikalnością elektryczną]] <math>\varepsilon_0</math> (wyrażone w jednostkach [[Układ SI|SI]]):
: <math>\varepsilon_0 = \frac{10^7}{4\pi c^2} \quad \mathrm{(A^2\, s^4\, kg^{-1}\, m^{-3}, \, albo \, F \, m^{-1})}</math>

i [[przenikalność magnetyczna|przenikalnością magnetyczną]] <math>\mu_0</math>
: <math>\mu_0 = 4\,\pi\, 10^{-7} \quad \mathrm{( kg\, m\, s^{-2}\, A^{-2}, \, albo \, N \, A^{-2})}.</math>

[[James Clerk Maxwell]] wykazał (około 1856 roku), że konsekwencją równań elektrodynamiki jest istnienie fali elektromagnetycznej propagującej się z prędkością:
:: <math>c_m=\frac{1}{\sqrt{\varepsilon\mu}},</math>

gdzie:
: <math>\varepsilon</math> – przenikalność elektryczna ośrodka,
: <math>\mu</math> – przenikalność magnetyczna ośrodka,
: <math>c_m</math> – prędkość światła w danym ośrodku.

W przypadku próżni
:: <math>c=\frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0\mu_0}},</math>

gdzie:
: <math>\varepsilon_0</math> – przenikalność elektryczna próżni,
: <math>\mu_0</math> – przenikalność magnetyczna próżni.

Eksperymentalnie zostało to potwierdzone przez [[Heinrich Hertz|Heinricha Hertza]] kilkadziesiąt lat później. To, że fala elektromagnetyczna propaguje się (rozprzestrzenia) z prędkością <math>c,</math> jest konsekwencją bezmasowości [[foton]]u ([[masa spoczynkowa]] fotonu jest równa zeru)<ref group="uwaga">Oznacza to, że foton istnieje tylko w ruchu. [http://fizyka.celary.net/tablice/index.php?temat=dualizm_korpuskularnofalowy ''Dualizm korpuskularno-falowy'']; [https://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:PG2VFzOHN0oJ:hurt.gwo.pl/bookshops/download/fragment:1423+foton+istnieje+tylko+w+ruchu&hl=en&gl=pl&pid=bl&srcid=ADGEESjcZRbYBoIzccIKOOfodJC6g8ecdAcnsr30q5q0D-WJJJsvNkTJj7Vw8Q7gDZiL-XPbT17RQWKaTN10NUzeWkFmL3-KMoibvkWwGcAuPEkNzL4lb3PnmwdPIFetVtiO4UU6P-U8&sig=AHIEtbSXzWkx6Y1yvlrtSOncjkJ3XI1U_g ''Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne''] s. 18.</ref>.

W [[szczególna teoria względności|szczególnej teorii względności]] stała ta wynika ze związku między czasem a przestrzenią w [[Transformacja Lorentza|transformacji Lorentza]] i pojawia się w fizyce w wielu prawach i związkach, np. stanowi ona prędkość graniczną rozchodzenia się energii w szczególnej teorii względności.

=== Standaryzacja ===
Po zatwierdzeniu przez [[Generalna Konferencja Miar|Generalną Konferencję Miar i Wag]] w 1983 definicji metra jako odległości jaką pokonuje światło w próżni w czasie 1/299792458&nbsp;s prędkość światła w próżni stała się wzorcem i wynosi dokładnie 299 792 458&nbsp;m/s.
W mniej dokładnych obliczeniach często używa się przybliżonej wartości tej prędkości 3·10<sup>8</sup>&nbsp;m/s.

== Prędkość światła w ośrodkach materialnych ==
Prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej zależy od ośrodka, w jakim porusza się ta fala i osiąga wielkość maksymalną w [[próżnia|próżni]]. W odróżnieniu np. od [[dźwięk]]u, fala elektromagnetyczna do [[propagacja (fizyka)|propagacji]] nie potrzebuje ośrodka materialnego. Hipotetyczny ośrodek, w którym miałaby się rozchodzić fala elektromagnetyczna, nazywano eterem. [[Doświadczenie Michelsona-Morleya|Doświadczenia Michelsona-Morleya]] pokazały jednoznacznie, że [[Eter (fizyka)|eter]] statyczny lub częściowo wleczony nie istnieje. Inne doświadczenia wykluczyły też alternatywne hipotezy eteru.

Obiekty posiadające niezerową masę spoczynkową nie mogą osiągnąć prędkości światła w próżni, choć mogą się do niej dowolnie zbliżyć. Obiekty takie, jeżeli mają niezerowy [[ładunek elektryczny]] i poruszają się w ośrodku materialnym z prędkością większą od prędkości światła w tym ośrodku emitują [[foton]]y zwane [[promieniowanie Czerenkowa|promieniowaniem Czerenkowa]].

W najnowszych eksperymentach nad rozchodzeniem się światła w ośrodkach materialnych udało się spowolnić je do prędkości 0,2&nbsp;mm/s<ref>[http://www.focus.pl/artykul/rekordowe-spowolnienie-swiatla/ Rekordowe spowolnienie światła].</ref>. Spowolnienie osiągnięto w warunkach laboratoryjnych, poprzez dynamiczną zmianę własności fizycznych ośrodka, w którym rozchodziła się wiązka światła.

Według [[Mechanika klasyczna|mechaniki klasycznej]] fala elektromagnetyczna przechodząc przez ośrodek pobudza do drgań ładunki elektryczne w nim zawarte, co zmniejsza jej [[Amplituda|amplitudę]]. Pobudzone ładunki wracając do stanu równowagi emitują falę, ale jest ona opóźniona w stosunku do fali pobudzającej. W wyniku czego obserwuje się zmniejszenie prędkości fali elektromagnetycznej.

== Pomiary ==
[[Plik:Illustration from 1676 article on Ole Rømer's measurement of the speed of light.jpg|thumb|Zaćmienia księżyców Jowisza obserwowane przez Rømera w 1676. Pozwoliły wyznaczyć czas przelotu światła przez orbitę ziemską. Na tej podstawie [[Christiaan Huygens]] podał pierwsze oszacowania prędkości światła (w próżni i w powietrzu).]]
[[Plik:Aberration.svg|thumb|[[Aberracja światła]] odkryta przez [[James Bradley|Bradleya]] w 1728. Była pierwszym koronnym dowodem, że prędkość światła w próżni jest ograniczona.]]
Pierwszego pomiaru prędkości światła planował dokonać [[Galileusz]]. Eksperyment postanowił przeprowadzić wraz ze swoim pomocnikiem za miastem na dwóch wzgórzach, mając do dyspozycji dwie latarnie. Sama próba polegała na odsłanianiu i przesłanianiu latarni, jednak ze względu na ogromną prędkość światła i bardzo duży [[błąd pomiaru]], skazana była na niepowodzenie. Galileusz oszacować mógł jedynie, że prędkość ta znacznie przekracza, w przeliczeniu na obecne jednostki, 30 km/s (co jest bliskie orbitalnej prędkości Ziemi w ruchu dokoła [[Słońce|Słońca]]){{odn|Wróblewski|1987|s=28}}. Była to jednak pierwsza odnotowana eksperymentalna próba zmierzenia prędkości światła{{odn|Wróblewski|Zakrzewski|1984|s=122–123}}.

W 1676 duński astronom [[Ole Rømer]] podał pierwsze dowody skończonej prędkości światła i czasu jego przelotu przez [[Orbita|orbitę]] ziemską. Obliczenia oparł na obserwacji zaćmień satelity [[Jowisz]]a przez tę planetę{{odn|Rømer|1676}}. Przy oddalaniu się Jowisza od Ziemi, zaćmienia te były rzadziej niż przy zbliżaniu się Jowisza do Ziemi. Rømer, pomimo znajomości promienia orbity ziemskiej, nie podał liczbowej wartości prędkości światła. Zrobił to dopiero [[Christiaan Huygens]], ale jego wynik bywa błędnie przypisywany Rømerowi{{odn|Nawrot|Karolczak|Jaworska|2013|s=57}}. Wynik obserwacji Rømera nie przekonał wszystkich uczonych, że prędkość światła jest skończona. Koronnym dowodem była dopiero aberracja gwiazdowa{{odn|Wróblewski|Zakrzewski|1984|s=123–125}}.

W 1727 angielski astronom [[James Bradley]] dokonał pomiaru wykorzystując zjawisko [[aberracja światła|aberracji światła]] gwiazd. Z ilorazu prędkości orbitalnej Ziemi i kąta aberracji uzyskał, w przeliczeniu na dzisiejsze jednostki, 301&nbsp;000 km/s{{odn|Wróblewski|Zakrzewski|1984|s=125–127}}.

Pierwszego laboratoryjnego pomiaru prędkości światła dokonał w 1849 roku francuski fizyk [[Armand Fizeau]] używając zwierciadła i koła zębatego (doświadczenie to można uznać za modyfikację metody zaproponowanej przez Galileusza przez zastąpienie drugiego obserwatora lustrem){{odn|Wróblewski|Zakrzewski|1984|s=127}}. Otrzymany wynik 315 300 km/s obarczony był błędem systematycznym. Metodę tę udoskonalano zwiększając odległość oraz liczbę zębów – w 1874 francuski fizyk Alfred Maria Cornu (1841–1902) uzyskał 300 030 ± 200 km/s, w 1902 [[Henri Joseph Anastase Perrotin|Perrotin]] 299 880 ± 84 km/s. Dokładniejszą metodą jest metoda wirującego zwierciadła zaproponowana w 1838 przez [[François Arago]], zastosowana po raz pierwszy przez [[Jean Bernard Léon Foucault|Jeana Foucault]] w 1850, w 1862 uzyskał on wynik 298 000 ± 500 km/s, w 1882 [[Simon Newcomb]] ustalił tą metodą 299 810 ± 30 km/s.

Metody pomiaru prędkości światła były stale rozwijane, czego efektem był wzrost dokładności pomiaru. W 1907 roku [[Albert Michelson|Albert Abraham Michelson]] otrzymał [[Nagroda Nobla|Nagrodę Nobla]] m.in. za bardzo dokładne pomiary prędkości światła, prowadzone od 1878. W 1880 uzyskał wynik 299 910 ± 50 km/s, w latach 1924–1926, dzięki aparaturze ustawionej na szczytach górskich [[Mount Wilson]] i Mount San Antonio odległych o 35 km, 299 796 ± 4 km/s zbliżony do przyjmowanego obecnie.

W późniejszych pomiarach metody mechaniczne zastąpione zostały przez elektryczno-optyczne przy wykorzystaniu [[zjawiska Kerra]]. Przy mierzeniu prędkości fal radiowych wykorzystywane są metody rezonatora wnękowego{{odn|Wróblewski|Zakrzewski|1984|s=131}}.

== Zobacz też ==
{{Układ wielokolumnowy|liczba=2|
* [[tachion]]
* [[Albert Einstein]]
* [[prędkość nadświetlna]]
* [[zmienna prędkość światła]]
* [[jednokierunkowa prędkość światła]]
}}

== Uwagi ==
{{Uwagi}}

== Przypisy ==
{{Przypisy}}

== Bibliografia ==
* {{cytuj książkę |nazwisko = Nawrot |imię = Alicja |nazwisko2 = Karolczak |imię2 = Dorota |nazwisko3 = Jaworska |imię3 = Jadwiga |tytuł = Encyklopedia – fizyka z astronomią |wydawca = GREG |miejsce = Kraków |rok = 2013 |isbn = 978-83-7517-210-2 |odn = tak}}
* {{Cytuj pismo |nazwisko = Rømer |imię = Ole |autor link = Ole Rømer |tytuł = Demonstration touchant le mouvement de la lumiere |czasopismo = [[Journal des savants|Journal des Sçavans]] |data = 1676-12-07 |odn = tak}}
* {{cytuj książkę |nazwisko = Wróblewski |imię = Andrzej Kajetan |autor link = Andrzej Kajetan Wróblewski |tytuł = Prawda i mity w fizyce |url = http://pl.scribd.com/doc/82306518/Wroblewski-Andrzej-Kajetan-Prawda-i-mity-w-fizyce-1987-zorg |rok = 1987 |odn = tak}}
* {{cytuj książkę |nazwisko = Wróblewski |imię = A.K. |autor link = Andrzej Kajetan Wróblewski |nazwisko2 = Zakrzewski |imię2 = J.A. |autor link2 = Janusz Zakrzewski |tytuł = Wstęp do fizyki |wydawca = [[Wydawnictwo Naukowe PWN|Państwowe Wydawnictwo Naukowe]] |rok = 1984 |wydanie = 2 |isbn = 83-01-01359-1 |tom = 1 |odn = tak}}

== Linki zewnętrzne ==
{{otwarty dostęp}} Nagrania na [[YouTube]] [dostęp 2024-02-14]:
* Maciej Mulak i Lucyna Róg, ''[https://www.youtube.com/watch?v=vPjfGknri1Q Prędkość światła – skąd wiemy, jaka jest?]'', kanał „Fizyka bez zamulania”, 7 lutego 2024.
* [[Krzysztof Meissner]], ''[https://www.youtube.com/watch?v=vP43DSPhL50 Prędkość światła]'', kanał autorski, 12 lutego 2025.
* Rebecca Smethurst, ''[https://www.youtube.com/watch?v=V7PU1WN9jWY How did we measure the fastest speed there is? | The History of the Speed of Light Part I]'' {{lang|en}}, kanał „Dr. Becky”, 4 grudnia 2019.

{{Jednostki naturalne}}
{{Szczególna teoria względności}}

{{Kontrola autorytatywna}}

[[Kategoria:Jednostki prędkości]]
[[Kategoria:Wielkości optyczne]]
[[Kategoria:Stałe definiujące układ SI]]
[[Kategoria:Szczególna teoria względności]]
[[Kategoria:Światło]]