Är ljus det snabbaste som finns?

Kategori: Kunskap är gratis! Publicerad lördag, 07 mars 2009

Frågan om hur ljuset färdas i tomma luften förbryllar vetenskapen ännu idag.

Att till exempel ljudvågor använder luften som medium vid sin utbredning, gör att man undrar över vad ljus som färdas i vakuum använder som sitt medium. Den holländske vetenskapsmannen Cristiaan Huygens hävdade att ljuset var en vågrörelse och införde begreppet eter för det medium som ljuset tänktes använda. Etern tänktes vara ett osynligt elastiskt ämne som uppfyllde världsrymden, utan att påverka någon materia. Mot slutet av 1800-talet visade dock Michelson och Morley med sina berömda experiment att det inte finns någon eter, och vi verkar för tillfället få acceptera att ljuset klarar bra av att utbreda sig i rent vakuum. Idag betraktar man ljus som ett fenomen som kan uppvisa både våg- och partikelkaraktär, och ljuspartiklarna benämns då fotoner.

Även om vi inte vet exakt varför ljuset färdas som det gör, så har ljuset ännu en lustig egenskap. För ganska precis 100 år sedan hävdade Einstein att det värde på ljushastigheten som man mäter upp är oberoende av hur den som mäter själv färdas. Det innebär att om vi åker efter en ljusstråle, och vi åker med exempelvis halva ljushastigheten, så åker ljusstrålen fortfarande ifrån oss med hela ljushastigheten. Denna till synes motsägelsefulla egenskap får sin förklaring i Einsteins relativitetsteori.

Ljus i vatten: Ljuset ändrar riktning när det passerar en vattenyta. Detta beror på  att  ljusets hastighet i luft är 300 000 km/s och i vatten är det bara 225 000 km/s. Alltså är ljusets hastighet lägre i vatten eftersom vatten har större densitet än luft. Man brukar säga att vatten  är ett tätare ämne än luft. Ju tätare ett ämne är, desto lägre är ljusets hastighet. En ljusstråle ändrar riktning när den går ifrån något ämne till ett annat ämne. Då säger man att ljuset bryts. Ljuset bryts för att olika ämnen har olika stora hastigheter. Om en ljusstråle går från ett tunnare ämne till ett tätare ämne bryts normalen. Men om ljusstrålen går från ett tät ämne  till ett tunnare så bryts det ifrån normalen. Ju större infallsvinkeln är desto större blir brytningsvinkeln. När infallsvinkeln är 49 grader så blir brytningsvinkeln 90 grader. Detta är det största värdet en brytningsvinkel kan ha. Om brytningsvinkeln är större än 49 grader kommer inget ljus att fortsätta upp i luften.

Allt ljus reflekteras då tillbaka ner till bottnen. Detta kallas totalreflektion. När en ljusstråle träffar en glasruta måste den ändra sin riktning två gånger. Först bryts den mot normalen och sedan andra gången bryts den från normalen. Det gör att ljuset har samma riktning före som efter. Det ända som har hänt är att ljusstrålen har flyttas en aning parallellt. När ljusstrålarna går från glas till luft kan ljusstrålarna totalreflekteras. Totalreflektionen inträffar vid 45 grader. Av ett glasprisma kan vi få ljusstrålarna att vända tillbaka åt samma håll det kom ifrån. Men ljusstrålarna byter plats så den som var överst innan är nu underst också tvärtom. På detta sättet kan man vända en upp- och nervänd bild till en rättvänd.

Fiberoptik: Fiberoptik utnyttjar att ljuset kan totalreflekteras i glas. Optik kommer från grekiskans optiko´s och betyder `` som hör till synen´´. Optiska fibrer är tunna trådar av glas som används till att skicka ljussignaler genom. Hela tiden totalreflekteras ljuset mot glasytan och stannar därför kvar i tråden. Innan fiberoptiken fanns fick man skicka alla telefonsamtal, faxmeddelanden och elektroniska brev med hjälp av elektriska signaler i kopparledningar. Nu kan vi skicka all denna information i fiberkablar. Ljus i glas: Glas är ett tätare ämne än både luft och vatten. Hastigheten i glas är alltså lägre än både vatten och luft, det är ca 200 000 km/s. Alla material har alltså alltid en liten tendens till töjning/komprimering, och hastigheten för denna är densamma som ljudhastigheten. Ibland spekuleras det över om information kan överföras fortare än ljuset via kvantmekaniska effekter. Här hittar man olika ståndpunkter, men många forskare är ändå överens om att det inte heller där går att överföra information snabbare än vad ljuset tillåter.

Träffar: 6197
DMC Firewall is a Joomla Security extension!