Швидкість світла — фізичний термін, який використовується у двох, пов'язаних між собою, але концептуально різних значеннях. Перш за все швидкість світла — фундаментальнафізична стала, швидкість розповсюдження електромагнітної взаємодії у вакуумі. Інше значення — швидкість розповсюдження електромагнітних хвиль, включно із світлом, у певному середовищі.
Зміст
[сховати]
Швидкість світла як фундаментальна фізична стала[ред. • ред. код]
Фундаментальна фізична стала швидкість світла позначається літерою (від лат. celeritas) і в міжнародній системі одиниць СІ її визначено резолюцією 1 17-ої Генеральної конференції мір і ваг[1]:
Це єдина фізична стала в основних рівняннях електродинаміки. Вона не залежить від системи відліку, тобто однакова для будь-якого спостерігача незалежно від швидкості, з якою цей спостерігач рухається. Це твердження є основним постулатом теорії відносності Ейнштейна.
Відповідно до теорії відносності ніяка інформація не може бути передана зі швидкістю, яка перевищувала б швидкість світла. Якщо це не так, то існуватиме така система відліку, в якій інформацію буде отримано раніше, ніж вона надіслана.
Оскільки швидкість світла — фундаментальна і незалежна від спостерігача величина, то її значення можна застосувати для побудови системи фізичних одиниць. Наприклад, можна обрати систему одиниць таким чином, щоб швидкість світла в ній дорівнювала одиниці. Такі системи одиниць називають природними і вони застосовуються в теоретичній фізиці. Проте природні системи дуже незручні на практиці. Тому, оскільки швидкість має розмірність довжини, поділеної на час, можна покласти її рівною певному значенню, близькому до експериментально виміряного з застосуванням традиційних одиниць довжини й часу — метра й секунди, а потім зафіксувати це значення. Таким чином, швидкість світла отримала наведене вище значення. Надалі вона не буде визначатись з експерименту. Її фіксоване значення тепер слугуватиме для дослідного визначення одиниць довжини.
Швидкість світла в середовищі[ред. • ред. код]
У середовищі швидкість світла, тобто швидкість розповсюдження електромагнітних хвиль, змінюється через процеси поляризації атомів та молекул речовини. Відношення швидкості світла в середовищі й у вакуумі називають абсолютним показником заломлення у цьому середовищі
де cm — швидкість світла в середовищі.
Для електромагнітних хвиль із різною частотою показник заломлення різний. Це явище називається дисперсією світла. Розрізняють фазовушвидкість світла, яка визначається показником заломлення, і групову швидкість.
Фазова швидкість світла характеризує зв'язок між довжиною хвилі й частотою. Вона визначається для необмежених у просторі плоских хвиль, які не можуть переносити інформацію. Фазова швидкість може перевищувати швидкість світла у вакуумі. При цьому принцип причинності не порушується.
Групова швидкість світла в середовищі характеризує процес розповсюдження хвильового пакету, яким може передаватися інформація. Групова швидкість завжди менша за швидкість світла у вакуумі, задовільняючи принцип причинності.
Показник заломлення або абсолютний показник заломлення— це характерне для середовища число, яке визначає в скільки разів швидкість розповсюдження світла в середовищі менша за швидкість світла у вакуумі.
Здебільшого позначається латинською літерою n.
Формули для розрахунку показника заломлення, котрі часто наводяться в різних підручниках, та їх зв'язок між собою можна знайти тут.
Величину показника заломлення середовища характеризують також терміном оптична густина. Середовище з більшим значенням показника заломлення називають оптично густішим.
Заломлення променів світла на межі розділу середовищ[ред. • ред. код]
Назва показник заломлення пов'язана з історією виникнення цього терміну. Похилі промені світла на межі розділу двох середовищ змінюють напрям руху, або заломлюються. Виявилося, що це явище можна описати кількісно, якщо охарактеризувати кожне з середовищ певними числами ni. Тоді можна записати закон Снеліуса
, де α — кут падіння, а β — кут заломлення.
Величину називають відносним показником заломлення середовища 2 стосовно середовища 1.