Işık hızı

Optik
Işığın doğası
Işık
Işık hızı
Huygens-Fresnel ilkesi
Fermat ilkesi
Optik aygıtlar
Ayna
Mercek
Prizma
Büyüteç
Kamera
Mikroskop
Teleskop
Lazer
Göz
Olaylar
Yansıma
Tam yansıma
Kırılma
Saçılma
Girişim
Kırınım
Polarizasyon

Işık hızı, Işığın ve tüm diğer elektromanyetik dalgaların boşluktaki hızı olup 299.792.458 m/saniyedir(yaklaşık 1.079.252.850 km/saat). Latince celeritas (hız) ismine atfen "c" ile ifade edilir. Işığın hızı sadece vakum ortamdayken c 'ye eşittir. Herhangi bir maddenin içinden geçerken (örneğin su, cam vb.) hızı c 'den küçüktür.

Işık hızının boşluk için formülü:

$c={\frac {1}{\sqrt {\mu _{0}\epsilon _{0}}}}$

ki burada,

$\mu _{0}=4\pi \times 10^{-7}N/A^{2}$, boşluğun manyetik geçirgenliği ve

$\epsilon _{0}=8,854187817\times 10^{-12}C^{2}/N-m^{2}$, boşluğun elektrik geçirgenliği

olarak alınır. Buradan boşluktaki ışık hızı saniyede 299.792.458 metre\saniye olarak hesaplanmış olur. Diğer ortamlar için ışık hızı şu şekilde formüle edilmektedir:

$c'={\frac {1}{\sqrt {\mu _{0}\mu _{r}\epsilon _{0}\epsilon _{r}}}}$

ki burada, $\mu _{r}$ ortamın bağıl manyetik geçirgenliği ve $\epsilon _{r}$ ortamın bağıl elektrik geçirgenliği olarak gösterilmiştir.

Işık hızının ölçülmesi

İlk denemeler

Işık yüksek bir hızda ilerlediği için, ışık hızını ölçmek için yapılan ilk girişimler başarısız olmuştur. Galileo aralarında 10 km mesafe olan iki kuleye birer gözlemci yerleştirerek ışığın hızını ölçmeye çalışmıştır. Bu iki gözlemcininde elinde birer fener bulunmaktaydı.Bir gözlemci kendi fenerini açacak ve diğer gözlemci birinci gözlemcinin fenerinden gelen ışığı gördüğü zaman kendi fenerini yakacaktı. Böylece ışığın hızı fenerler arasındaki ışık demetlerinin geçiş zamanının bilinmesiyle hesaplanabilirdi. Ama ışığın bu iki kule arasında geçiş zamanı, gözlemcinin tepki süresine göre çok daha küçüktür. Bu yüzden ışık hızının bu yolla ölçülemeyeceği anlaşıldı ve yeni yöntemler geliştirildi

Roemur yöntemi

Işık hızının ilk başarılı tahmini 1675'te Danimarkalı astronom Ole Roemer (1644-1710) tarafından yapılmıştır. Roemer'in tekniği, Jüpiter etrafındaki dönüş periyodu yaklaşık 42,5 saat olan bir ayın astronomik olarak gözlenmesini içermekteydi. Jüpiter'in Güneş etrafındaki dönüş periyodu 12 yıl civarındadır; bu da Dünya, Güneş'in etrafında 90° döndüğünde Jüpiter'in 7,5 derece döndüğünü gösterir. Reomer bir yılı aşkın bir süre boyunca veri topladıktan sonra o ayın periyodunda sistematik bir değişim gözlemledi. Bu periyotları, dünya Jüpiter'den uzaklaştığı zaman ortalama değerden daha uzun ve dünya Jüpiter'e yaklaştığı zaman ortalama değerden daha kısa çıkmıştı. O ay sabit bir periyoda sahip olsaydı Roemer belirli bir anda oluşan bir tutulma gözlemleyebilecek ve o yıl içindeki başka bir tutulmanın ne zaman gerçekleşeceğini tahmin edebilecekti. Roemer periyoddaki bu değişimi dünya ile Jüpiter arasındaki mesafenin gözlemler arasındaki sürede değiştiği gerçeğine dayadı. Üç ayda Jüpiter'den gelen ışık dünya yörüngesinin yarıçapına eşit olan ek bir bir mesafeyi kat etmeliydi. Roemer'in elde ettiği veriyi kullanarak, Christiaan Huygens ışık hızı için alt sınırın yaklaşık olarak 2,3x10⁸ m/s olarak tahmin etti. Bu deney ışığın sonlu bir hıza sahip olduğunu ve ışık hızı için bir tahmin vermesi açısından tarihsel olarak önemlidir.

Fizeau yöntemi

Fizeau yöntemi

El yapımı aletlerle ışık hızını ölçmek için ilk başarılı metod Hippolyte Fizeau (1819-1896) tarafından 1849 yılında geliştirilmiştir. Bu metodda temel düşünce, ışığın bir noktadan uzaktaki bir aynaya gidip gelmesi için geçen zamanı ölçmektir.

Fizeau, geçiş zamanını ölçmek için, sürekli ışık demetini ışık atmaları serisine dönüştüren dişli çark kullandı. Böyle bir çarkın dönmesi gözlemcinin ışık kaynağında neyi göreceğini denetler.

Fizeau bu deney sonucunda ışık hızını 3,1x10⁸ m/s olarak bulmuştur. Diğer araştırmacılar tarafından yapılan çalışmalarda da ışık hızının yaklaşık 2.9979x10⁸ m/s olduğu bulunmuştur.

Ayrıca bakınız

• Işık ötesi hız
• Işık hızının değişmezliği ilkesi
• Michelson-Morley deneyleri
• Özel görelilik kuramı