อัตราเร็วของแสง

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
(เปลี่ยนทางจาก ความเร็วแสง)
Jump to navigation Jump to search
ปรากฏการณ์เชเรนคอฟ ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เป็นผลมาจาก อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เร็วกว่าแสงที่เดินทางในน้ำ

อัตราเร็วของแสง (speed of light) ในสุญญากาศ มีนิยามว่าเท่ากับ 299,792,458 เมตรต่อวินาที (หรือ 1,080,000,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง หรือประมาณ 186,000.000 ไมล์ต่อวินาที หรือ 671,000,000 ไมล์ต่อชั่วโมง) ค่านี้เขียนแทนด้วยตัว c ซึ่งมาจากภาษาละตินคำว่า celeritas (แปลว่า อัตราเร็ว) และเรียกว่าเป็นค่าคงที่ของไอน์สไตน์ แสงเป็นสิ่งที่แปลกประหลาดนั่นคือไม่ว่าผู้สังเกตจะเคลื่อนที่หรือหยุดนิ่ง ไม่ว่าจะอยู่ในสถานที่ใด ด้วยเงื่อนไขใด อัตราเร็วของแสงที่ผู้สังเกตคนนั้นวัดได้ จะเท่าเดิมเสมอ ซึ่งขัดกับความรู้สึกของคนทั่วไป แต่เป็นไปตาม ทฤษฎีสัมพัทธภาพ ของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์

สังเกตว่าอัตราเร็วของแสงในสุญญากาศ เป็น นิยาม ไม่ใช่ การวัด ในหน่วยเอสไอกำหนดให้ เมตร มีนิยามว่าเป็นระยะทางที่แสงเดินทางในสุญญากาศในเวลา 1/299,792,458 วินาที แสงที่เดินทางผ่านตัวกลางโปร่งแสง (คือไม่เป็นสุญญากาศ) จะมีอัตราเร็วต่ำกว่า c อัตราส่วนของ c ต่ออัตราเร็วของแสงที่เดินทางผ่านในตัวกลาง เรียกว่า ดรรชนีหักเหของตัวกลางนั้น โดยเมื่อผ่านแก้ว จะมีดรรชนีหักเห 1.5-1.9 ผ่านน้ำจะมีดรรชีนีหักเห 1.3330 ผ่านเบนซินจะมีดรรชนีหักเห 1.5012 ผ่านคาร์บอนไดซัลไฟต์จะมีดรรชนีหักเห 1.6276 ผ่านเพชรจะมีดรรชนีหักเห 2.417 ผ่านน้ำแข็งจะมีดรรชนีหักเห 1.309

ภาพทั่วไป[แก้]

จากทฤษฎีทางฟิสิกส์ รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดรวมทั้งแสง จะแพร่ออกไป(เคลื่อนที่)ในสุญญากาศ ด้วยอัตราเร็วคงที่ค่าหนึ่ง เรียกว่า อัตราเร็วของแสง ซึ่งเป็นค่าคงที่เชิงกายภาค เขียนแทนด้วยตัว c ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ความโน้มถ่วงยังแพร่ออกไปในอัตราเร็ว c ด้วย

จากกฎของแม่เหล็กไฟฟ้า (เช่น สมการของแมกซ์เวลล์) อัตราเร็ว c ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า จะไม่ขึ้นอยู่กับความเร็วของวัตถุที่ปล่อยรังสี เช่น แสงที่ปล่อยออกมาจากวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง จะมีอัตราเร็วเดียวกับ แสงที่ปล่อยออกมาจากวัตถุที่อยู่นิ่ง (แม้ว่า สี, ความถี่, พลังงาน, และโมเมนตัมของแสงจะไม่เท่ากัน เรียกว่า ปรากฏการณ์ Relativistic Doppler)

การสื่อสาร[แก้]

อัตราเร็วของแสงมีผลต่อการสื่อสารมากทีเดียว ตัวอย่างเช่น การสื่อสารจากโลกอีกด้านหนึ่ง ไปยังอีกด้านหนึ่ง ตามทฤษฎี ต้องใช้เวลาไม่น้อยไปกว่า 0.67 วินาที เพราะว่าโลกมีเส้นศูนย์สูตรหรือเส้นรอบวงยาว 40,075 กิโลเมตร

ในความเป็นจริง อาจต้องใช้เวลามากกว่านั้น เพราะว่าแสงที่เดินทางในใยแก้วนำแสงจะเดินทางช้าลงถึง 30% และไม่บ่อยนักที่เส้นทางการสื่อสารจะเป็นเส้นตรง นอกจากนี้ ยังมีความล่าช้า ที่เกิดจากสัญญาณเดินทางผ่านสวิตซ์อิเล็กทรอนิกส์ หรือเครื่องกำเนิดสัญญาณอีกด้วย เช่น ในปี ค.ศ. 2004 การสื่อสารจากออสเตรเลียหรือจากญี่ปุ่น ถึงสหรัฐอเมริกา นั้นต้องใช้เวลาถึง 0.18 วินาที

ผู้ที่ติดตามชมการสื่อสารระหว่างศูนย์ควบคุมฮิวส์ตัน (Houston ground control) กับนีล อาร์มสตรองเมื่อเขาอยู่บนดวงจันทร์ คงจะได้รู้ว่า เมื่อศูนย์ควบคุมได้ถามคำถามนีล เราต้องใช้เวลาประมาณ 3 วินาที กว่าจะได้รับคำตอบจากนีล แม้ว่าเขาจะตอบกลับมาทันทีก็ตาม ซึ่งเป็นผลมาจากอัตราเร็วของแสงที่จำกัด

การควบคุมยานอวกาศที่เดินทางระหว่างดาวเคราะห์จากศูนย์ควบคุมบนโลก จึงแทบเป็นไปไม่ได้ เพราะมันต้องใช้เวลานานมาก กว่าศูนย์ควบคุมบนโลกจะได้รับรายงาน และกว่ายานอวกาศจะได้รับสัญญาณตอบกลับ อาจต้องใช้เวลาเป็นชั่วโมง

อัตราเร็วของแสงมีผลต่อการสื่อสารในระยะทางสั้นๆด้วย ในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ อัตราเร็วของแสงเป็นตัวจำกัดว่ามันจะส่งข้อมูลระหว่างตัวประมวลผลได้เร็วเท่าไร ถ้าตัวประมวลผลมีความเร็ว 1 GHz สัญญาณจะเดินทางได้มากสุด 300 มิลลิเมตรในหนึ่งรอบการทำงาน ดังนั้น ตัวประมวลผลจึงต้องวางให้ใกล้กันมากเพื่อลดความล่าช้า ถ้าความถี่ของสัญญาณนาฬิกาเพิ่มขึ้น อัตราเร็วของแสงจะเป็นปัจจัยที่กำหนดการออกแบบภายในของชิปแต่ละตัว