Rychlost světla

Rozbalit box

Obsah boxu

Rychlost světla ve vakuu, značena písmenem $$c$$ (z latinského celeritas – rychlost), je základní a univerzální fyzikální konstanta. Je definována jako přesně 299 792 458 metrů za sekundu (m/s). Rychlost světla ve vakuu je nejvyšší možná rychlost, jakou se může jakákoli energie, informace nebo hmota šířit ve vesmíru. Je to ústřední pojem Einsteinovy teorie relativity.

---

Rychlost světla ve vakuu

• Definice: Od roku 1983 je metr definován na základě rychlosti světla. Jeden metr je vzdálenost, kterou světlo urazí ve vakuu za 1/299 792 458 sekundy. Díky tomu je rychlost světla ve vakuu přesně fixní.
• Nezávislost na zdroji a pozorovateli: Podle speciální teorie relativity je rychlost světla ve vakuu konstantní pro všechny inercialní vztažné soustavy, bez ohledu na pohyb zdroje světla nebo pozorovatel. To je jeden z hlavních postulátů teorie relativity.
• Maximální rychlost: Nic se nemůže pohybovat rychleji než světlo ve vakuu. Pokud by se objekt s klidovou hmotností blížil rychlosti světla, jeho hmotnost by se nekonečně zvyšovala a bylo by potřeba nekonečné množství energie k jeho dalšímu zrychlení.

---

Rychlost světla v různých prostředích

Když světlo prochází jiným prostředím než vakuu (např. vzduchem, vodou, sklem), jeho rychlost se snižuje. Tato změna rychlosti je popsána indexem lomu daného materiálu.

• Index lomu ($$n$$): Je to poměr rychlost světla ve vakuu ($$c$$) k rychlosti světla v daném prostředí ($$v$$): $$n = c/v$$. Vždy je $$n \ge 1$$.
• Důsledek: Zpomalení světla v materiálu je důvodem pro jev lomu světla při přechodu mezi různými médii.

---

Rychlost světla v teorii relativity

Rychlost světla je ústředním pojmem Alberta Einsteina speciální teorie relativity (1905) a obecné teorie relativity (1915).

• Časová dilatace: Čím rychleji se objekt pohybuje, tím pomaleji pro něj plyne čas z pohledu pozorovatele v klidu. Tento efekt je významný při rychlostech blízkých rychlosti světla.
• Délková kontrakce: Délka objektu se zdá být kratší ve směru pohybu pro pozorovatele v klidu, opět při rychlostech blízkých rychlosti světla.
• Ekvivalence hmotnosti a energie: Slavná rovnice $$E = mc^2$$ ukazuje, že hmotnost ($$m$$) a energie ($$E$$) jsou ekvivalentní a rychlost světla je koeficient jejich přeměna.

---

Historie měření a chápání rychlosti světla

• Starověk: Většina filosofové věřila, že světlo se šíří okamžitě.
• 17. století: Olaf Rømer (1676) provedl první odhad rychlosti světla na základě pozorování měsíců Jupiter.
• 18. století: James Bradley (1728) potvrdil konečnou rychlost světla pomocí jevu aberace světla hvězdy.
• 19. století: Hippolyte Fizeau (1849) a Léon Foucault (1862) provedli přesná měření rychlosti světla na Zemi pomocí mechanických zařízení. James Clerk Maxwell formuloval Maxwellovy rovnice a předpověděl, že světlo je elektromagnetické vlnění a jeho rychlost je konstantní.
• 20. století: Albert Einstein (1905) zavedl postulát konstantní rychlosti světla ve vakuu jako základ své speciální teorie relativity.

---

Pro laiky

Rychlost světla je prostě ta nejvyšší možná rychlost ve vesmíru, kterou se může cokoli pohybovat nebo přenášet. Je to jako rychlostní limit, který nelze překročit.

• Je to asi 300 000 kilometrů za sekundu. To je tak rychle, že světlo obletí Zemi za zlomek sekundy.
• A co je zajímavé, rychlost světla je vždycky stejná, ať už ji měříte kdekoli a ať už se vy sami pohybujete.
• Protože světlo cestuje tak rychle, vidíme hvězdy tak, jak vypadaly před mnoha lety, protože světlu trvalo dobu, než se k nám dostalo.

Je to základní pravidlo našeho vesmíru a pomáhá nám chápat, jak funguje čas a prostor.

---