อัตราเร็วของแสง (Speed of light)

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

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 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

แสงเคลื่อนที่ในสุญญากาศด้วยอัตราเร็ว 3 x 108 m/s ส่วนในตัวกลางอื่น ๆ อัตราเร็วของแสงจะเปลี่ยนไป โดยมีค่าขึ้นกับดัชนีหักเหของแสงในตัวกลางนั้น ๆ ถ้าให้

n แทนดัชนีหักเห(Refractive Index) ของตัวกลางใด ๆ จะได้

n = c / v

โดย c แทนอัตราเร็วแสงในสุญญากาศหรืออากาศ (m/s)
v แทนอัตราเร็วแสงในตัวกลางใด ๆ (m/s)
ดังนั้นอัตราเร็วแสงในตัวกลางใด ๆ มีค่าดังนี้

v= c / n

ตัวกลาง
ดัชนีหักเห
แก้ว = 1.5 – 1.9
น้ำ = 1.3330
เบนซิน = 1.5012
คาร์บอนไดซัลไฟต์ = 1.6276
เพชร = 2.417
น้ำแข็ง = 1.309

การแปลงหน่วย
ค่าความเร็วแสงเราทราบกันแล้วว่าถ้าตัวกลางเป็นสุญญากาศ
ความเร็วแสง c จะเท่ากับ 299,792,458 เมตรต่อวินาที
แต่หลายๆครั้งเราจะได้รับข้อมูลจากคนหลายประเทศที่ใช้หน่วยต่างๆกัน
จึงต้องมีการแปลงหน่วยเช่น เมตร กิโลเมตร ไมล์ พาเซค

1 ความเร็วแสง = 299 792 458 เมตร ต่อ วินาที
1 ความเร็วแสง = 299 792 . 458 กิโลเมตร ต่อ วินาที
1 ความเร็วแสง = 1 079 252 848 . 8 กิโลเมตร ต่อชั่วโมง
1 ความเร็วแสง = 670 616 541.83 ไมล์ ต่อ ชั่วโมง
1 ความเร็วแสง = 186 282 .4 ไมล์ต่อ วินาที

ระยะทาง 1ปีแสง

1 ปี = 365 วัน = 8,760 ชั่วโมง = 525,600 นาที = 31,536,000 วินาที

ถ้า 1 ปีมี 31536000 วินาที
ถ้า 1 วินาที แสง วิ่งได้ระยะทาง 299 792.458 กิโลเมตร
ดังนั้น 31536000 วินาที แสงจะวิ่งได้ระยะทาง
= 299792.458 คูณ 31536000

9,454,254,955,488 กิโลเมตร หรือ
9.45 คูณ10ยกกำลัง 12 กิโลเมตร

เป็นที่มาของ คำว่า 1ปีแสง
ดังนั้น
1 ปีแสง เป็นหน่วย ระยะทาง มีค่าเท่ากับ
9,454,254,955,488 กิโลเมตร หรือ
9.45 คูณ10ยกกำลัง 12 กิโลเมตร นั่นเอง

ธรรมชาติของแสง

แสงคือการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความยาวคลื่นที่สายตามนุษย์มองเห็น หรือบางครั้งอาจรวมถึงการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ รังสีอินฟราเรดถึงรังสีอัลตราไวโอเลตด้วย สมบัติพื้นฐานของแสง (และของการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทุกช่วงคลื่น) ได้แก่

ความเข้ม(ความสว่างหรือแอมพลิจูด ซึ่งปรากฏแก่สายตามนุษย์ในรูปความสว่างของแสง)
ความถี่(หรือความยาวคลื่น ซึ่งปรากฏแก่สายตามนุษย์ในรูปสีของแสง) และ
โพลาไรเซชัน(มุมการสั่นของคลื่น ซึ่งโดยปกติมนุษย์ไม่สามารถรับรู้ได้)

แสงจะแสดงคุณสมบัติทั้งของคลื่นและของอนุภาคในเวลาเดียวกัน ทั้งนี้เนื่องจากทวิภาวะของคลื่นและอนุภาคธรรมชาติที่แท้จริงของแสงเป็นปัญหาหลักปัญหาหนึ่งของฟิสิกส์สมัยใหม่

แสงมีคุณสมบัติทวิภาวะกล่าวคือ

แสง เป็นคลื่น: แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยที่ระนาบการสั่นของสนามแม่เหล็กตั้งฉากกับระนาบการสั่นของสนามไฟฟ้า และตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น และแสงก็มีการเลี้ยวเบนด้วย ซึ่งการเลี้ยวเบนก็แสดงคุณสมบัติของคลื่น
แสงเป็นอนุภาค: แสงเป็นก้อนพลังงานมีค่าพลังงานE=hfโดยที่hคือค่าคงตัวของพลังค์

อัตราเร็วของแสง

นักฟิสิกส์หลายคนได้พยายามทำการวัดความเร็วของแสง การวัดแรกสุดที่มีความแม่นยำนั้นเป็นการวัดของ นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์กOle Rømerในปี ค.ศ. 1676 เขาได้ทำการคำนวณจากการสังเกตการเคลื่อนที่ของดาวพฤหัสบดี และ ดวงจันทร์ไอโอ ของดาวพฤหัสบดี โดยใช้กล้องดูดาว เขาได้สังเกตความแตกต่างของช่วงการมองเห็นรอบของการโคจรของดวงจันทร์ไอโอ และได้คำนวณค่าความเร็วแสง 227,000 กิโลเมตร/วินาที หรือค่าประมาณ

Ole Christensen Rømer(25 September 1644 – 19 September 1710) was a Danish astronomer

การวัดความเร็วของแสงบนโลกนั้นกระทำสำเร็จเป็นครั้งแรกโดยHippolyte Fizeauในปี ค.ศ. 1849 เขาทำการทดลองโดยส่องลำของแสงไปยังกระจกเงาซึ่ง อยู่ห่างออกไปหลายพันเมตรผ่านซี่ล้อ ในขณะที่ล้อนั้นหมุนด้วยความเร็วคงที่ ลำแสงพุ่งผ่านช่องระหว่างซี่ล้อออกไปกระทบกระจกเงา และพุ่งกลับมาผ่านซี่ล้ออีกซี่หนึ่ง จากระยะทางไปยังกระจกเงา จำนวนช่องของซี่ล้อ และความเร็วรอบของการหมุน เขาสามารถทำการคำนวณความเร็วของแสงได้ 313,000 กิโลเมตร ต่อ วินาที

Albert A. Michelsonได้ทำการพัฒนาการทดลองในปี ค.ศ. 1926 โดยใช้กระจกเงาหมุน ในการวัดช่วงเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางไปกลับจาก ยอด Mt. Wilson ถึง Mt. San Antonio ในมลรัฐแคลิฟอร์เนีย ซึ่งการวัดนั้นได้ 186,285 ไมล์/วินาที (299,796 กิโลเมตร/วินาที) ค่าความเร็วแสงประมาณหรือค่าปัดเศษที่เราใช้กันในทุกวันนี้คือ 300,000 km/s and 186,000 miles/s.