Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

19 frågor/svar hittade

Ljud-Ljus-Vågor [20613]

Fråga:
Hej! Fresnels princip säger att ljuset går snabbaste vägen mellan två punkter. Visste Fresnel verkligen om hur ljushastigheten varierar, så att han kunde formulera principen? Eller är det en efterhandskonstruktion?
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Du menar nog Fermats princip, se fråga 11135 .

Fermats princip formulerades 1662 (se Fermats_princip ) före Ole Römers demonstration 1676 att ljushastigheten i vakuum var ändlig (se Ljusets_hastighet#Historia ).

Man får nog kalla Fermats princip en efterhandskonstruktion. Fermat visade att brytningslagen kunde härledas om ljus av olika våglängder hade olika hastigheter i media, se fråga 11135 . Det är inte ovanligt i fysik att man ser ett samband som blir mer signifikant genom senare upptäckter. Historien rationaliserar sedan beskrivningen så dem blir mer logisk.
/Peter E

Nyckelord: ljushastigheten [19];

*

[20281]

Fråga:
Varför är ljusets hastighet konstant? Förlåt jag menar,vad är det som begränsar det till just den hastigheten.
/Christer A

Svar:
Det bara är så, man kan inte veta varför. Allt tyder på att ljushastigheten i vakuum är densamma i hela universum och vid alla tider. Man kan alltså inte härleda ljushastigheten. Även många andra naturkonstanter är givna och kan inte beräknas från mer grundläggande principer. Däremot finns det samband mellan värdena på olika naturkonstanter, t.ex. ljushastigheten och mediets elektriska och magnetiska egenskaper, se länk 1. Se vidare Ljusets_hastighet .
/Peter E

Nyckelord: ljushastigheten [19];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/relativ/ltrans.html#c3

*

Kraft-Rörelse [19913]

Fråga:
Om jag roterar en "linjal" på en axel runt dess början och jag lyckas få upp 10cm streckets hastighet till 99,99% av ljusets hastighet. Förutsätt att "linjalen" håller sig intakt och inte böjer sig, vilken hastighet får 20cm sträcket?
/Joakim B, Nösnäs, Stenungsund

Svar:
Joakim! Dina förutsättningar strider mot den speciella relativitetsteorin. Ett materiellt objekt måste alltid röra sig med en hastighet som är mindre än ljusets hastighet i vakuum.

I länk 1 diskuteras om överlappsgränsen mellan skänklarna hos en lång sax kan röra sig fortare än ljuset. Eftersom gränsen inte är ett materiellt föremål kan det röra sig snabbare än ljuset.
/Peter E

Nyckelord: ljushastigheten [19]; relativitetsteorin, speciella [38];

1 http://www.askamathematician.com/2010/10/q-in-the-nec-faster-than-light-experiment-did-they-really-make-something-go-faster-than-light/

*

Ljud-Ljus-Vågor [19609]

Fråga:
Går det att bromsa ljus?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej, jag har hört att det går att bromsa ljus. Men vart tar fotonens rörelseenergi vägen vid inbromsningen? Blir det värme? Eller vad händer? Tacksam för svar!
/Johanna L

Svar:
Brytningsindex n definieras (fråga 17691 ) som ljushastigheten dividerat med hastigheten i mediet: n=c/v, så ljus "bromsas upp" i alla medier med n>1.

Ljustransport genom ett medium är en kvantmekanisk effekt som man inte utan vidare kan föreställa sig med bilder från klassisk fysik.

För det första blir rekylen (E2/(2Mc2)) när synligt ljus växelverkar med ett medium enormt liten eftersom E är litet och M (mediets massa) mycket stor.

Formellt sett bevaras både rörelsemängd och energi i mediet eftersom det är våglängden och inte frekvensen som ändras. Med frekvensen konstant är både

energin E = hv och
rörelsemängden p = hv/c

konstanta, så det är inget problem.

I fråga 17060 beskrivs ett experiment där man i någon mening stoppat upp ljuset helt och hållet.
/Peter E

Nyckelord: ljushastigheten [19];

*

Ljud-Ljus-Vågor [18748]

Fråga:
Kan fotoner aldrig vara i vila?
/Pontus B, Adolfsbergsskolan, Örebro

Svar:
Nej, det kan de inte. Eftersom de har vilomassan 0 (se länk 1) exiterar de inte om dom inte rör sig med ljushastigheten i vakuum c. Man skall emellertid skilja mellan fotonernas hastighet (som alltså alltid är c) och ljushastigheten i ett medium med brytningsindex större än 1, se fråga 13050 .

Se fråga 17060 för experiment för att fördröja ljusets utbredning.
/Peter E

Nyckelord: ljushastigheten [19];

1 http://math.ucr.edu/home/baez/physics/ParticleAndNuclear/photon_mass.html

*

Ljud-Ljus-Vågor [18266]

Fråga:
En fråga som jag har stört mig på utan att få svar. Hoppas nu att du kan lägga in några visdomsord för att lätta mitt sargade sinne. Det gäller ljushastigheten och hur det påverkas när det färdas ute i rymden. Jag har hört att ljusets hastighet är relativ men hur är det möjligt? Om ljuset färdades i ett "perfekt" vakuum så borde det bara ta tid för ljuset när det färdas i materia. Alltså inte ta någon tid i det perfekta vakuumet. Vad jag har fått höra så består väl det vakuumet i rymden av väldigt glest isärdragna väteatomer?Till min egentliga fråga; färdas inte ljuset snabbare ute i rymden (där det INTE är ett perfekt vakuum) än när det färdas i jordens atmosfär. Om inte. Hur vet man det?
/Eddie S, John bauer, Jönköping

Svar:
Ljusets hastighet i vakuum är c (se fråga 13218 ) oberoende av källans och mottagarens hastighet. I ett medium med brytningsindex n är hastigheten v=c/n. Detta är i själva verket definitionen av brytningsindex.

Brytningsindex ger brytningsindex för några material. Bland annat ser man att luft har n=1.00029. Ljushastigheten i luft är alltså lite mindre än c. Densiteten i rymden är så låg att den kan betraktas som vakuum.

Man mäter brytningsindex direkt genom att mäta ljusbrytning, se Refractive_index#Refractive_index_measurement .
/Peter E

Nyckelord: ljushastigheten [19];

*

Ljud-Ljus-Vågor [18121]

Fråga:
Hur kommer det sig att ljuset färdas långsammare i vatten än i luft, men att ljudet fungerar precis tvärtom, det vill säga färdas fortare i vatten än i luft?
/Camilla B, Skuruskola, Nacka

Svar:
Enda likheten mellan ljud och ljus är att de är vågrörelser. Annars är det helt olika fenomen. Ljus är en transversell (svänger vinkelrätt mot fortplantningsriktningen) elektromagnetisk vågrörelse som fortplantas i vakuum. Ljud är i en gas eller vätska en longitudinell (svänger parallellt mot fortplantningsriktningen) täthetsvariation.

Se fråga 4311 och nedanstående länk för information om vad ljudhastigheten beror på.

Se fråga 13218 för en diskussion om ljushastigheten i vakuum och fråga 13050 för ljushastigheten i medier.
/Peter E

Nyckelord: ljudhastigheten [17]; ljushastigheten [19];

*

Partiklar [18067]

Fråga:
Man har på CERN mätt att neutriner rör sig men en hastighet överstigande ljushastigheten. Är det verkligen möjligt?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Man har på CERN mätt att neutriner rör sig men en hastighet överstigande ljushastigheten. Är det verkligen möjligt?
/Sven D

Svar:
Du refererar till ämnet för pressreleasen under länk 1. Felet i den urspungliga mätningen är nu lokaliserat, se Hade Einstein fel? , så problemet med neutriner som rör sig snabbare än ljuset är löst.

En av forskningsgrupperna på CERN (OPERA-kollaborationen) har mätt löptiden hos neutriner från CERN till gruvan Gran Sasso 73 mil ner i Italien. Totalt har man detekterat c:a 16000 neutriner. Resultatet är att man får en hastighet som är lite överstigande ljushastigheten i vakuum c. Resultatet är signifikant med 6 standardavvikelser.

Löpsträckan på 73 mil (löptid 2.4 millisekunder med ljushastigheten) bestämdes med GPS med en precision på 20 cm. Tidssynkroniseringen gjordes även den med GPS och hade en precision av 1 ns. Totala osäkerheten i tidsdata uppskattades till 10 ns, och den uppmätta effekten var 60 ns. Denna diskrepans på 60 ns motsvarar t.ex. ett fel i avståndsmätningen på 60*10-9*3*108 = 18 m.

Vad gäller mätningen av löpsträckan var den största svårigheten att mäta sträckan inne i tunneln i gruvan Gran Sasso - GPSen fungerar dåligt under 1400 m berg! Man kan i mätningarna (som pågått sedan 2009) tydligt se effekter av kontinentaldriften och ett hopp i samband med en jordbävning i Italien 2009, se nedanstående figur.

Man gav ett webbseminarium från CERN fredagen den 23 aeptember 2011, länk 2. Där presenterade man resultatet och metoderna mycket bra och detaljerat.

Kommentarer:

* De flesta fysiker tror nog att mätningen är felaktig, men än så länge finns ingen bra förklaring. Troligaste orsaken är att sträckan är felmätt eller att tidssynkroniseringen CERN-Gran Sassio är felaktig.

* Einsteins speciella relativitetsteori förbjuder inte expicivt att partiklar rör sig med överljushastighet. Vad den förbjuder är att en partikel accelereras upp till ljushastigheten, det skulle kosta oändlig energi. Enda problemet är att partiklar som rör sig snabbare än ljuset (hypotetiska partiklar som kallas tachyoner, se Tachyon ) får imaginär massa. Se även fråga 15804 .

* OPERA-kollaborationen har helt följt god vetenskaplig procedur:
- Analysen har gjorts "blind" så att man inte skulle kunna påverkas av det väntade resultatet.
- Arbetet presenterades utförligt på ett öppet seminarium och i ett publicerat preprint.

* Det är inte första gången man försökt mäta neutriners hastighet, men man har inte fått fram definitiva värden. Den enda signifikanta observationen hittills är neutriner från supernovan SN 1987A, se fråga 125 och Supernova_1987A . Denna mätning visar att neutrinernas hastighet är mycket nära ljushastigheten. Att neutrinerna kom fram några timmar före ljuset kan förklaras att stjärnan är transparent för neutriner tidigare än den är transparent för ljus. Avståndet till SN 1987A är 168000 ljusår. Med den uppmätta tidsdifferensen skulle neutrinerna ha kommit fram

(60*10-9/2.4*10-3)*168000 = 4.2 år före ljuset.

Neutrinerna skulle alltså kommit fram flera år innan supernovan upptäcktes, inte några timmar. Tyvärr var neutrinodetektorerna inte igång då (Kamiokande II började ta data 1985, se (Kamioka_Observatory ).

_____________________________________________________________________

Fotnot: Nedanstående meddelande distribuerades i samband med pressreleasen. Det får anses helt unikt att en officiell deklaration från CERN går ut tillsammans med en pressrelease.

Dear Colleagues,

As usual, I am sending you this CERN press release before we issue it to the media. Unusually this time, however, I feel that it needs a few words of introduction. The OPERA collaboration has measured the time of flight of neutrinos sent from CERN to Gran Sasso, along with the distance they cover. These measurements appear to show that the neutrinos are travelling faster than light. When a collaboration makes a surprising observation such as this and is unable to account for it, the ethics of Science demand that the results be made available to a wider community, to seek scrutiny and to encourage independent experiments. That's why when the spokesperson of the OPERA collaboration asked me whether they could hold a seminar here, I said yes. Given the potential impact of such a measurement, I felt it important for CERN formally to make its position clear. That's the reason for the cautiously worded statement we're sending to the media today.

Best regards,

Rolf Heuer

Se även Hade Einstein fel? där det längst ner finns en uppdatering av statusen för experimentet.



/Peter E

Nyckelord: relativitetsteorin, speciella [38]; neutrino [16]; ljushastigheten [19]; nyheter [11];

1 http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2011/PR19.11E.html
2 http://cdsweb.cern.ch/record/1384486

*

Blandat [17896]

Fråga:
Varför betecknas ljusets hastighet med c?

Hänger det på något sätt ihop med ordet candela? eller att konstant på engelska skrivs med c? eller?
/Folke R, Pargas svenska gymnasium, Pargas/Finland

Svar:
När det gäller beteckningar på fysikaliska storheter och konstanter är de oftast inte grundade på någon formell överenskommelse. Det är helt enkelt så att olika fysiker hittar på olika beteckningar. Eftersom det är praktiskt med väldefinierade beteckningar brukar man snabbt adoptera någon beteckning.

Einstein använde beteckningen V för ljushastigheten i sina artiklar från 1905, se länkar i svaret till fråga 12753 . Jag vet inte vem som införde c, men Wikipedia säger (Speed_of_light#Numerical_value.2C_notation.2C_and_units ):

The speed of light in vacuum is usually denoted by c, for "constant" or the Latin celeritas (meaning "swiftness"). Originally, the symbol V was used, introduced by James Clerk Maxwell in 1865. In 1856, Wilhelm Eduard Weber and Rudolf Kohlrausch used c for a constant later shown to equal √2 times the speed of light in vacuum. In 1894, Paul Drude redefined c with its modern meaning. Einstein used V in his original German-language papers on special relativity in 1905, but in 1907 he switched to c, which by then had become the standard symbol.

Att c skulle komma av "constant" eller "celeritas" låter nog lite av en efterhandskonstruktion.

Se även fråga 9897 .
/Peter E

Nyckelord: ljushastigheten [19];

*

Ljud-Ljus-Vågor [17691]

Fråga:
Har ljusets olika färger olika hastighet?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Har ljusets olika färger olika hastighet?

Enligt fråga [17367] så får jag en liten förklaring till varför ljusets bryts när det träffar ett tätare medium.

Det som jag inte blir klok på är att det i fysikböckerna (delvis förenklat) står att detta beror på att ljusets hastighet ändras, att det sänks när det träffar det tätare mediet. Ju långsammare ljuset går desto större blir brytningen.

Eftersom ljuset färger bryts olika så säger den principen då att de olika färgerna har olika hastigheter genom ett tätare medium. Bör detta då inte betyda att det gäller för alla olika medium? Tar vi det ett steg längre borde det violetta ljuset, som bryts mest, ha den lägsta hastigheten och därför nå jorden allra sist, om vi tittar på en specifik partikel eller vågrörelse som lämnar solen.

Hur ska vi förhålla oss till detta med våra elever som gärna ställer invecklade frågor men som har svårt att förstå en del fakta.
/Petri M, Mariefreds skola, Mariefred

Svar:
Brytningsindex (Refractive_index , brytningsindex ) n eller optisk täthet hos ett medium definieras som ljushastigheten i vakuum dividerat med ljusets hastighet i mediet v: n = c/v.

I ett medium med brytningsindex n>1 har olika våglängder olika hastighet. Hastigheten är c/n där c är ljushastigheten i vakuum. Observera emellertid att hastigheten i vakuum är c för alla våglängder eftersom n=1.

Ja det är korrekt att ju långsammare ljuset går (ju större n) desto mer brytning får man, se fråga 17367 och 3302 .

Eftersom ljushastigheten i vakuum alltid är densamma så uppkommer inte problemet att vi ser olika tider i olika våglängder. Om rymden mellan jorden och solen varit av glas, så hade vi sett rött ljus snabbare är blått.

Den klassiska förklaringen för ljusbrytning är en rad soldater som marscherar snett in mot en rak gränslinje till en leråker. Soldaternas marschhastighet minskar när de kommer till leråkern. För att bevara den snygga räta linjen med soldater bredvid varandra, så måste de ändra riktning lite mot normalens riktning. Om vi sedan har en rad med kortbenta soldater som har ännu mindre hastighet i leråkern, så behöver dessa avvika ännu mer från utgångsvinkeln. (Vi vill bara inte tänka på vad som skulle hända om vi blandade långbenta och kortbenta soldater i en rad .)

OK med soldater som kan bestämma att de behöver avvika från rakt fram, men hur vet ljuset hur det skall avvika? Helt enkelt genom att vågor i oordning tenderar att släcka ut varandra (interferens). I alla riktningar utom den som specificeras av brytningslagen släcks alltså ljuset ut. Se bilden nedan.

Din sista fråga finns behandlad i fysik, förståelse av .

Huvudpunkterna är:

  • Utgå från observationer - fysik är inte matematik utan en empirisk (erfarenhetsbaserad, Empiri ) vetenskap
  • "Varför?" kan vi aldrig besvara eftersom det implicerar avsikt (och i så fall, vems avsikt). Man kan emellertid besvara "hur?" och ge samband mellan olika fysikaliska fenomen
  • En del av den teoretiska fysiken är helt enkelt svår att förstå, så vi får lita på vad våra vänner teoretikerna säger åtminstone vad gäller väl etablerade fenomen

Man kan heller inte begära att en lärare skall kunna besvara allt. Även jag, med 40 års erfarenhet av fysik, går bet på en del frågor (ofta de som verkar triviala till att börja med). Jag kan emellertid oftast förstå när jag slår upp ett fenomen, men att göra det lättbegripligt för var och en kan vara svårt eller omöjligt. Det är en del i läroprocessen att man med tiden och erfarenheten förhoppningsvis får en allt djupare förståelse för fysik - allt kan inte komma på en gång! Det är lätt att lära sig att Gustav II Adolf dog en novemberdag 1632 på ett fält nära Lützen, men kanske lite längre att förstå vad han hade där att göra!

En kommentar om förståelse av fysik (Jocelyn_Bell ):
(Jocelyn Bell är en av upptäckarna av pulsarer.)

Jocelyn Bell was born in Belfast, Northern Ireland, where her father was an architect who helped design the Armagh Planetarium. She was encouraged to read and drawn to books on astronomy. She lived in Lurgan as a child and attended Lurgan College where she was one of the first girls there who was permitted to study science. Previously, the girls' curriculum had included such subjects as cross-stitching and cooking.

At age eleven, she failed the 11+ exam and her parents sent her to the Mount School, York, a Quaker girls' boarding school. There she was impressed by a physics teacher, Mr. Tillott, who taught her:

You don't have to learn lots and lots ... of facts; you just learn a few key things, and ... then you can apply and build and develop from those ... He was a really good teacher and showed me, actually, how easy physics was.



/Peter E

Nyckelord: ljusbrytning [23]; fysik, förståelse av [16]; ljushastigheten [19]; #ljus [63];

*

Ljud-Ljus-Vågor [17367]

Fråga:
Brytningsindex, ljusets utbredningshastighet och Snells lag.
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Ljus har på något sätt en lägre hastighet i optiskt tätare ämnen.
- Är det korrekt att säga att ljuset "bromsas" när det går från luft till glas och att det sedan "ökar hastigheten" när det kommer ut i luften igen? Är det bättre att tala om "fördröjning"?
- Hur mycket kan man sänka ljusets hastighet? I vilka material har man uppmätt lägst ljushastighet?
/Filippa L, Järnåkraskolan, Lund

Svar:
Filippa! Jag skulle föredra att säga fördröjning, se fråga 171 .

Ändringen i ljushastigheten i ett medium medför ljusbrytning (refraktion), se fråga 2417 . Brytningsindex n ges av c/v, där c är ljushastigheten i vakuum och v är ljusets hastighet i mediet (se fråga 16048 ). Se Refractive_index för mer om brytningsindex.

"Normala" media har brytningsindex i intervallet 1-4 (se List_of_refractive_indices ). Kisel, med n=4, är det mest extrema materialet.

Med hjälp av speciella knep kan man faktiskt bromsa upp ljuset så det står stilla (betyder i princip att brytningsindex är oändligt), se fråga 17060 .

Nedanstående animation från Wikimedia Commons visar hur hastigheten hos vågen påverkar riktningen hos vågfronten (refraktion). Figurtexten lyder:

Wavefronts from a point source in the context of Snell's law. The region below the gray line has a higher index of refraction, and so light traveling through it has a proportionally lower phase speed than in the region above it.


/Peter E

Nyckelord: ljushastigheten [19]; ljusbrytning [23];

*

Ljud-Ljus-Vågor [17060]

Fråga:
Hej! I dagens nummer av tidskriften Ny Teknik(24/3 - 10) skriver man bl a att en danska för några år sedan med hjälp av laser lyckades stanna ljuset(!). Är det en felaktig formulering eller är det sant? Om ljuset stannades så bör ju fotonerna varit i vila och haft en viloenergi/vilomassa. Hade de det? Återfick ljuset sin fart efteråt?
/Thomas Å, Arlandagymnasiet, Märsta

Svar:
Thomas! Låt oss säga att formuleringen är lite tillspetsad! Vad man gör är att man fördröjer ljuset genom att lagra information om en laserpuls i en samling atomer med mycket låg temperatur - ett Bose-Einstein-kondensat . Denna laserpuls kan sedan "väckas till liv" igen senare. På så sätt kan man i princip få det att se ut som om ljuset stannade.

Den ledande forskaren på detta är danskan Lene_Hau från Harvard. Jag kan inte hitta artikeln du hänvisar till på nätet, men det har såvitt jag vet inte hänt något speciellt på området den senaste tiden. Länk 1 är en tidigare artikel i Ny Teknik och länk 2 är en mer svårläst Nature-artikel.

En djupare förståelse för effekten kräver rätt mycket kunskaper i kvantmekanik. Nedan finns ett par videor som visar hur experimentet går till:

Här är en längre föreläsning med Lene Hau:


/Peter E

Nyckelord: Bose-Einstein-kondensat [6]; kvantmekanik [26]; ljushastigheten [19]; nyheter [11];

1 http://www.nyteknik.se/nyheter/it_telekom/allmant/article38049.ece
2 http://www.nature.com/nature/journal/v445/n7128/abs/nature05493.html

*

Blandat [16423]

Fråga:
Hur lång tid tar det att åka ett ljusår, hur fort är det i Km/t?. Antag att vi ska till vår närmaste stjärna som är 4,2 ljusår bort, hur lång tid skulle det ta för oss om vi hade en farkost som kunde färdas ljusets hastighet?
/Omar J

Svar:
Ljusår är en längdenhet som används inom astronomin. Ett ljusår är den sträcka som en ljusstråle färdas i vakuum under ett år.

Ljusets hastighet, oftast betecknad c, är 299792.458 km/s (definition), se fråga 13218 och Speed_of_light ).

Antalet sekunder på ett år är 365.24*24*60*60 = 31556736 s.

Ett ljusår blir alltså 299792.458*31556736 = 9.460*1012 km.

En farkost kan inte färdas med ljushastigheten men ljuset skulle ta 4.2 år att färdas till den närmaste stjärnan. Om vi räknar på en mer realistisk hastighet för farkosten på 30 km/s, så skulle färden på 4.2 ljusår ta 42000 år (hastigheten 30 km/s är 1/10000 av ljushastigheten).
/Peter E

Nyckelord: ljushastigheten [19]; rymdfärder [22];

*

Kraft-Rörelse [15804]

Fråga:
Hej! Det hette att "ingenting kan gå fortare än ljuset(=c)" tidigare, nu säger man att "ingen information kan överföras fortare än ljuset". Det senare tillåter då bl a att univerums avlägsnare delar kan avlägsna sig med höga farter, ty det är tomrummet som utvidgas och det innehåller ju inget.(Det är en elegant turnering!) Men: Tomrummet är ju inte tomt - det innehåller ju såväl fält som ständigt uppdykande och försvinnande partikelpar. Hur får man ihop dessa bilder till en konsistent enhet?
/Thomas Å, Arlandagymnasiet, Märsta

Svar:
Thomas! Du lyckas som alltid ställa de djupaste och mest besvärliga frågorna! Jag kan inte reda ut detta - och frågan är om någon kan! Det bästa jag kan säga är att den allmänna meningen är (nåja, många tror) att rymden under inflationen expanderade snabbare än ljushastigheten.

Wikipedia-artikeln Faster-than-light behandlar mycket bra många aspekter på snabbare-än-ljuset, t.ex. tachyoner, tidsresor (kausalitetsproblemet), kvantmekanisk tunnling och Aspects experiment. Länk 1 är en artikel om ett experiment som relaterar till kvantmekanisk tunnling, medan länk 2 innehåller kritik mot ett liknande försök.
/Peter E

Nyckelord: relativitetsteorin, speciella [38]; ljushastigheten [19];

1 http://www.telegraph.co.uk/earth/main.jhtml?xml=/earth/2007/08/16/scispeed116.xml
2 http://arstechnica.com/news.ars/post/20070816-faster-than-the-speed-of-light-no-i-dont-think-so.html

*

Ljud-Ljus-Vågor [13218]

Fråga:
Hej. Finns det någon bra demonstration/försök för en gymnasieklass att visa att ljushastigheten är konstant, oberoende av ljuskällans rörelse.
/Külvert J

Svar:
Külvert! Det är en ganska besvärlig fråga eftersom ljushastigheten i vakuum c är fundamentalt involverad i relativitetsteorin. Det korta svaret är nej det finns inget enkelt försök. Eftersom problemet är så grundläggande kan det vara på sin plats att diskutera det lite.

Att c är konstant oberoende av källans eller mottagarens rörelse är ett postulat (fundamentalt antagande) i Einsteins speciella relativitetsteori. Einstein grundade antagandet på resultatet av ett experiment där Michelson-Morley försökte påvisa etern. Etern vad det medium man trodde transporterade elektromagnetisk strålning. Resultatet av M-M försök var att de inte såg någon skillnad på olika riktningar trots att jorden rör sig i sin bana med en hastighet av 30 km/s. M-M tolkade resultatet så att jordens rörelse genom etern "tryckte ihop" jorden, så att det inte blev någon skillnad. Se vidare Michelson-Morley Experiment och Flash-animering på Michelson-Morley Experiment (Flash) . Observera att den senare visar vad som skulle hända om etern fanns.

Einstein omtolkade resultatet av M-Ms experiment så att han i stället antog att c är konstant oberoende av källans eller mottagarens rörelse. Från detta antagande härledde han en teori - den speciella relativitetsteorin - som i nästan 100 år visat sig stämma exakt med alla mätningar. Ljushastighetens konstans kan alltså anses väl etablerad.

Så etablerad att den internationella unionen för mått och vikt 1983 antog en ny definition av längdenheten meter, enligt vilken en meter är den sträcka som ljuset tillryggalägger i tomrum på 1/299 792 458 sekund. Därmed är ljushastigheten i vakuum definierad till exakt 299 792 458 m/s. Se vidare Is The Speed of Light Constant? , Speed_of_light och The Speed of Light .

M-Ms experiment med interferometrar i två vinkelräta riktningar visar (om man tolkar det så) att ljushastigheten är oberoende av mottagarens rörelse. Om man noggrannt observerar hur dubbelstjärnor rör sig i sina banor kan man även visa att ljushastigheten är oberoende av källans rörelse.

Så som du ser var det ingen lätt fråga du ställde . Tack Elisabeth och P-O för synpunkter !

Fotnot:

Experiment att bestämma ljushastigheten som är lätt att förstå men kräver lite utrustning finns i länk 1 nedan.
/Peter E

Se även fråga 3545 och fråga 12753

Nyckelord: elektromagnetisk strålning [15]; ljushastigheten [19]; relativitetsteorin, speciella [38]; #ljus [63];

1 http://www.nada.kth.se/~tomaso/ufu/ljusexperiment.html

*

Ljud-Ljus-Vågor [13050]

Fråga:
Hej. Vi undrar varför ljuset går långsammare och brytes i vatten och glas. Detta är ju 2 frågor och vi har den experimentalla sidan helt klar. Newton och Huygens teorier får gärna belysas eftersom de antog olika, partikel kontra våg, om ljusets natur och kom också fram till olika svar. Vi har kollat i gymnasiefysikböcker men de ger inga svar. Vi tycker att svaret från Er bör innehålla orden VÅGOR PARTIKLAR FOTONER O S V
/Rolf L, Friberga, Danderyd

Svar:
Som vi sagt många gånger: i fysiken kan man inte svara på varför-frågor. Svaret blir bara: därför.

För det första: Newton eller Huygens? Svaret är ingen eller båda. Fotonen har enligt det moderna synsättet partikelegenskaper (manifesteras t.ex. i fotoelektrisk effekt och comptonspridning) och vågegenskaper (diffraktion). Fotonen är alltså varken våg eller partikel, den är en --- foton.

Faktumet att ljushastigheten i ett medium varierar med våglängden ger upphov till olika brytning för olika färger (våglängder), så dina två frågor är kopplade till varandra. Det primära är alltså varför ljus av olika våglängd går olika snabbt i ett medium med n>1. (I själva verket definieras brytningsindex n av n=c/v där v är ljushastigheten i mediet.)

Exakt vad som händer vet man inte (i varje fall inte jag), men uppbromsningen uppkommer genom att ljuset absorberas och re-emitteras hela tiden. Detta fördröjer framryckningen. Ljus med kort våglängd (blått) påverkas mer av detta än ljus med lång våglängd. Blått ljus går alltså långsammare och bryts därmed mer.
/Peter E

Nyckelord: våg/partikelegenskaper [7]; ljushastigheten [19];

1 http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/speedoflight/
2 http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/guides/mtr/opt/mch/refr/more.rxml

*

Ljud-Ljus-Vågor [9897]

Fråga:
Ljushastigheten tycks ju vara en konstanternas konstant, men finns det någon bra anledning till att just ljushastigheten blivit till någonting så absolut?
/Jimmy K, Martin-Kochgymnasiet, Hedemora

Svar:
Det här är en fundamental och intressant fråga. Ljushastigheten (c) beror på de elektriska och magnetiska egenskaperna hos vakuum. Vi har sambandet:

c2 = 1/(eo mo)

Alltså, ljushastigheten i kvadrat är lika med den inverterade produkten av dielektricitetskonstanten för vakuum och den magnetiska permeabiliteten för vakuum. Dessa konstanter har samma värde hur vi än rör oss. Alltså är ljusets hastighet densamma, hur vi än rör oss. Detta är grunden för den speciella relativitetsteorin.

I den klassiska mekaniken och i vardagstillvaron kan vi addera hastigheter. Det kan man inte i relativitetsteorin.

Man kan fråga sig vad det är som ligger bakom dessa egenskaper hos vakuum. Kvantelektrodynamiken ger en viss belysning av detta. Där beskrivs ljusets utbredning som att energin producerar ett virtuellt elektron-positron par, som snabbt förintar sig, och återutsänder ljuset. Det gör att ljuset inte går oändligt snabbt, utan måste "sega" sig fram genom vakuum med futtiga 299792458 m/s.

Det var många långa ord i det här svaret!
/KS

Se även fråga 9461

Nyckelord: ljushastigheten [19]; #ljus [63];

*

Ljud-Ljus-Vågor [3545]

Fråga:
Vad består ljuset av ? varför har det alltid konstant hastighet oavsett utgångshastighet? När uppmättes ljushastigheten första gången? Av vem? Hur gjorde han?
/Erik Å, Lars Kaggskolan, kalmar

Svar:
Ljuset är en så kallad elektromagnetisk vågrörelse, men när ljuset sänds ut och absorberas sker det i bestämda energipaket som kallas fotoner.

Att ljusets hastighet alltid är konstant (i vakuum) är ett antagande (så kallat postulat) man gör i den speciella relativitetsteorin. Det kan därför inte förklaras inom ramen av relativitetsteorin. Eftersom teorin tycks stämma väl med mätresultat, får vi helt enkelt konstatera att naturen tycks vara så. Man kan också undersöka saken med den nyare elektromagnetiska teorin (kvantelektrodynamiken). Där beror ljusets hastighet på vissa intressanta egenskaper hos vakuum.

I många fall kan det vara svårt att säga vem som var först, men inte i detta fallet. Det var en dansk astronom som hette Ole Römer. Året var 1676 och platsen Paris. Han mätte tidpunkterna för förmörkelser av jupitermånen Io, alltså tidpunkterna då Io går in i och ut ur Jupiters skugga. Han fann en periodisk variation med perioden lite mer än ett år. Avståndet till Jupiter varierar ju när jorden går i sin bana runt solen. Han insåg att den periodiska variationen kunde förklaras om ljuset hade ändlig hastighet, och han räknade ut ungefär rätt hastighet. Tänk att detta var över 300 år sedan. Ganska genialiskt, eller hur?

Slår man på ljus i Nationalencyklopedin blir man lätt förvirrad. I texten beskrivs Ole Römers metod på ett sätt, och i bildtexten på ett helt annat sätt. I själva verket är det två oberoende metoder. Han använde sig av båda, och eftersom de gav samma resultat, kunde han känna sig ganska säker på att han hade rätt. Mera kan du läsa om det här: The Speed of Light .
/KS/lpe

Se även fråga 2930 och fråga 3534

Nyckelord: #ljus [63]; ljushastigheten [19];

*

Kraft-Rörelse [782]

Fråga:
Om två bilar åker ifrånvarandra med hastigeterna 75 km/h. Då avlägsnar ju dom sig från varandra med 150 km/h Om två "planeter" åker i från varandra med 60% av ljusets hastighet då kan do ju inte avlägsna sig från varandra med 120 % av ljusetshastiget. Hur gör man för att räkna ut det?
/Markus H, Dergården, Lerum

Svar:
Man får använda "Einsteins formel för addition av hastigheter" som bygger på den speciella relativitetsteorin. Om vi kallar hastigheterna v1 och v2, så blir det relativa hastigheten

(v1+v2)/(1+v1v2/c2).

För ditt exempel v1=v2=0.6c blir resultatet 1.2c/(1+0.36)=0.88c. Observera att om en av hastigheterna är c blir den relativa hastigheten

(c+v2)/(1+c*v2/c2) = (c+v2)/(1+v2/c) = c(c+v2)/(c+v2) = c

alltså summan blir aldrig högre än c.
/Peter Ekström

Nyckelord: relativitetsteorin, speciella [38]; addition av hastigheter [1]; ljushastigheten [19];

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7180 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-09-23 11:27:37.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.