A fotonok c  sebessége

A fotonok c sebessége

 

 

       A "modern" fizikáról klasszikusan és közérthetően.    

 

 

Ismert, hogy a fény sebessége c. Azonban gondosan el szokták kerülni azt a triviális kérdést, hogy miért is c. Talán ilyen génekkel született a foton? De akkor konoknak is született, mert igencsak tartja magát a c-hez. Pedig útja során olykor akadályokba ütközik, melyek eltérítik vagy lelassítják. Ha azonban túljut rajtuk, akkor erőre kap. Felidézi régvolt sebességének pontos számértékét, majd rágyorsít, és újra c-vel halad tovább. A történet meseszép, de az igazság másképp szól illetve máshol van. 

 

 

 

 

 

 

A fény sebességének mért értéke közelítőleg 300 millió méter másodpercenként. Ezt földi laboratóriumokban mérték meg egyre nagyobb- és nagyobb pontossággal.  Ennek ellenére maradtak fent kételyek. Nem változik-e meg a mért érték, ha például a mérőműszer mozog, vagy másféle gravitációs térbe kerül?

 

 

 

   Mitől veszik fel, majd tartják meg a fény alkotóelemei - a fotonok - az általunk jól ismert fénysebességet?  Miféle varázserővel bírnak e piciny részecskék, hogy mindig ezzel az óriási, és egyben kitüntetett sebességgel haladnak mindenütt a világegyetemben? A feltett kérdésre ezideig nem kaptunk racionális választ.  „ Megtartja, a sebességét, mert ilyen a foton természete!" - de ez nem egy valódi válasz. Ennyi intelligencia és - mindjárt látni fogjuk - ennyi eltárolt energia nem zsúfolódhat bele e miniatűr részecskébe.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nézzük meg először az „eltárolt" energia kérdését egy hétköznapi példa keretében.   Vegyük szemügyre a lenyugvó Nap sugarait, amint áthatolnak szobánk ablakán. A fotonok a „normál" 300 millió méter másodpercenkénti sebességgel haladnak a Naptól egészen az ablaküvegig. Az üvegnél  azonban lelassulnak, sebességük az üvegben 300 helyett már csak 210 lesz. Ezt a több évszázados múlttal rendelkező optika tudománya mondja nekünk. A vákuumbéli és az üvegbéli sebességek arányát pedig törésmutatónak nevezi, és n betűvel jelöli:

 

 

 

n = c/cü = 300/210 = 1,4 ablaküvegre

 

 

 

Számos anyag létezik, amely egy  bizonyos fény-tartományt átenged. Ezek törésmutatója rendre nagyobb n=1-nél: levegő 1,0003; víz 1,33; flintüveg 1,6; szénkéneg 2,2 stb. A híg elektrongáz az kivétel, ennek törésmutatója 0,99.., azaz valamivel kisebb, mint 1. Természetesen ebben a fény kicsivel gyorsabban halad, mint c. Nyílván még gyorsabban haladna, ha lenne sűrű elektrongázunk. Sajnos ilyet még nem sikerült előállítani, mert az elektronok taszítják egymást. 

 

 

 

   Jó tudni, hogy ezek az átlátszó anyagok a bennük lévő szennyezők miatt előbb-utóbb elnyelik a fényt.  A legtöbb anyag azonban átlátszatlan (fa, bakelit, arany, ezüst stb.). Ugyanakkor nagyon vékony réteget - esetleg néhány atomnyit - vizsgálva még láthatunk átszűrődő fényt. Az átszűrődés szelektív, egy anyagminőségtől függő szűkebb színtartomány jut át.  Arany védőrétegen át szemlélve egy fehéren izzó kemence belsejét a benne lévő tárgyak zöldeskék színben pompáznak.   

 

 

 

   Térjünk most vissza a lenyugvó nap vörös színű sugaraihoz. Amikor elérik a külső ablaküveget sebességük 210-re csökken. Ezt a sebességet tartják mindaddig, amíg az üvegen belül haladnak.  Érdemes felfigyelni rá, hogy a sebesség-csökkenés arányában a hullámhosszuk is lecsökken. (Ily módon helyet tudnak adni a kívülről érkező nagyobb sebességű hullámoknak.)

 

 

 

   De mi történik a fénysugárral, amikor végre ismét kijut a levegőbe?  Milyen sebességgel halad tovább?  Az bizony felgyorsul, és mintha mi sem történt volna, ismét 300-al folytatja útját. Amikor eléri a második ablaküveget, akkor újra lelassul, majd kilépve újra felgyorsul. Ezt a bravúrt akár 100-szor is véghezviszi, ha 100 üveglapot helyezünk az útjába! Szinte lehetetlen, hogy a foton nevű piciny golyócskának titkos energiatartálya legyen, melybe eltárolja a mozgási energiát, majd amikor gyorsítania kell, akkor újra előveszi és felhasználja.

 

 

 

   Térjünk még ki egy sokkal egyszerűbb kérdésre, a fény hullámhosszára. Pontosítsuk, hogy miért is csökken le a fény hullámhossza, amikor belép az üvegbe. Vákuumban a fény hullámhossza l=c/n. (A n a fény frekvenciája.) Azután a foton továbbhalad az üvegben csökkentett cü sebességgel. Ekkor a hullámhossza így alakul:

 

 

 

lü = cü/n = (c/n)/n = l/n

 

 

 

   Ily módon a nagyobb sebességgel beérkező, de hosszabb hullámok nem torlódnak fel az üveglap határán. Az üvegben lelassulnak, és bár lassabban, de lecsökkent hullámhosszal szépen elmozognak az újabb- és újabb érkező hullámok útjából. 

 

 

 

   Megváltozik-e a fényhullám színe, amikor a levegőből belép az ablaküvegbe? Biztosan nem!

 

 

 

 

 

 

Először is mi magunk mindig üvegben haladó fényt nézünk. Szemünk retinájára a szemgolyót kitöltő üvegtesteken keresztül érkezik a fény, nyilván kisebb (cü) sebességgel és kisebb (lü) hullámhosszal. Másrészt az idegsejtek (és az optikai eszközök) atomjai nem a hullámhosszat figyelik, hanem a rezgések számát, erre rezonálnak. A szemünk ideghártyájában lévő fényre rezonáló fehérje-molekulát retinának hívják.   

 

 

 

 

 

 

Az eredeti kérdés az volt, hogy miért c a fény sebessége. Ennek megválaszolásához egy további kitérőt kell tennünk. Ott vagyunk az ősember sötét barlangjának mélyén, és egy kis résen betűz a napsugár. Látjuk, amint az ősember döbbenten figyeli a fénysugárban cikázó pici-pici bogarakat. Ki nem találhatja, miért ilyen gyorsak, és miért nem fáradnak el sohasem. Persze, mi „modern" emberek okosak vagyunk, és tudjuk a választ: Ezek porszemek, és a levegő molekulái táncoltatják őket. Többet is tanultunk a levegőről az iskolában, de az kevésbé ragadt meg bennünk:

 

 

 

   „Egy nagy levegőtenger fenekén élünk, amely hatalmas nyomással nehezedik reánk. A nyomást a molekulák milliárdjainak impulzusa, bőrünkkel történő ütközése fejti ki. Mozgási energiájukat pedig mint a levegő hőmérsékletét érzékeljük. A levegőatomok sebessége pillanatról pillanatra változik, és nem ők maguk, hanem statisztikai ingadozásuk lökdösi a porszemet." 

 

 

 

   Ősemberünk vérnyomása ezen a ponton nyilván az egekbe szökik, és akár bunkójával is érvelve utasítja el a fenti mantrát. A mini bogarakat világosan látja, míg a láthatatlan „levegőt" (hát az meg mi?) nem. Az ő ösztönös válasza ez lesz: „A kicsi bogár azért ilyen, mert ilyennek született.  A szentjánosbogár lassú röptű, a szitakötő gyors, ez meg cikázós!" 

 

 

 

   Jó, ha tudatosodik bennünk, hogy amibe beleszülettünk és észrevétlenül lapul körülöttünk (valamint bennünk) - azt bizony igen nehéz észrevenni!

 

 

 

   Most álljunk neki, és vizsgáljuk meg majd értelmezzük egy modern ősember szemével a foton viselkedését! Azért c a sebessége, mert így született, vagy utólag a c mellett döntött és folyton erre korrigál?  Amint fentebb láttuk, ez valószínűtlen, mondhatni ez lehetetlen. Nincs más hátra, nekünk is el kell fogadnunk egy újabb láthatatlan háttér-szereplőt, egy közeget, ami saját önkénye szerinti mozgásra kényszeríti a fotonokat.   

 

 

 

 

 

 

   Amint azt a fentiekben láttuk, a változó közegekben haladó foton energiája útja során le- lecsökken. Az lehet a magyarázat, hogy a foton a háttérben meghúzódó fizikai mezőtől, a vákuumtól kapja az energiáját.  Csak és kizárólag a vákuumtól! Az ő saját energiája olyannyira jelentéktelen, hogy útja során kisebb-nagyobb akadályokkal találkozva azt másodpercek alatt elveszítené. Nyílván el is veszíti, de a vákuum azt töredék idő alatt újra a maximális értékre tölti. (Bár, mint tudjuk, üvegben vagy negatív energiamezőben nem érheti el a maximumot.)

 

 

 

   Nevezhetjük a vákuumot energia-tengernek, vagy Dirac-tengernek, vagy szuperhúr-tengernek stb. De semmiképp se gondoljuk, hogy a vákuumban nincs anyag és energia, pusztán azért, mert láthatatlan.

 

 

 

A vákuum valójában nem sebességet, hanem perdületet ad a fotonnak. Emiatt az keringő mozgást végez eszeveszett sebességgel (fénysebességgel), kis köröket ír le. De van a vákuumban mágneses erőtér is, ami a keringő mozgásra merőleges sebességet indukál. Ez utóbbit észleljük mi a fény c nagyságú haladási sebességének. A kétféle mozgás együtt térbeli geometriát, csavarvonalat ír le.  Ennek síkra vetített képe - amint ezt ábrázolni szoktuk - a szokásos fényhullám-forma, a szinusz-hullám. 

 

 

 

   Megjegyezzük, hogy a cikázó porszem hasonlatunk közel sem volt tökéletes. Ott a levegő molekulák véletlenszerűen lökdösték ide-oda - változó irányban és változó sebességgel - a porszemeket. Ezzel szemben a vákuumban szigorú rend uralkodik, a fotont keringésre kényszeríti, valamint szigorúan kötött sebességgel kizárólag előre hajtja.

 

 

 

 Uri Geller James Randi parafenomén kanálgörbítés 

 

 

 

Mitől c tehát a fény sebessége? A vákuum részecskéinek belső mozgása helyeződik át a fotonra, és saját belső mozgástörvényeit rákényszerítve mindig eléri, hogy c-vel, azaz  fénysebességgel mozogjon. Ha egy üveghasáb vagy egy űrbéli gázfelhő átmenetileg lelassítja akkor a vákuum nagy energiájú, rezgő mozgást végző részecskéi szempillantás alatt újra c-re gyorsítják.

 

 

 

 

                                                                       aparadox.hupont.hu

 

A cikk eredeti dátuma: 2011

Lektorálva: 2019 október hó

 

  Kiváncsi vagy Einstein munkásságára?

Egy másik honlapomon találhatod meg roppant tömör formában  itt

 

 

 

 

E cikk eredetijének nyomtatható változata A4-es jpg formában elérhető a  következő helyen

 Ha egy túlbuzgó szövegablak oktondi kérdéseket tenne föl, akkor ne törödjön vele hanem kattintson a

  tovább       gombra! 

Bólyai és Einstein véleménye a téridőről.  Lásd itt!

 

 

 

 

                   

                        1. oldal                              2. oldal

 

 

 

 

 

 

 

 

 

További cikkek a fényről:    

Fényhullám a víz sodrásában Lásd itt!  

 

 

 

 

     03 << Vissza 04  Tovább >> 05  

 

 

 

 

 

 

 

Készült a cikkről egy egyszerűsített videofelvétel a youtubon itt lent kattintható

 

 

 

 

 

 

(A YouTube oldalán a videó alatt rövid, ámde parázs vita alakult ki. Talán ez is hozzájárul a fénysebesség értelmezéséhez.)

 

 

 

 

 

 

 

web counter

 

 adoxon, Einstein, idődilatáció, relatív, sebesség, cézium, atomóra, Hafele, Keating, kísérlet, Kelly 

 

 

 

óra, paradoxon, Einstein, Ikerparadoxon Lánczos Kornél űrrakéta,óraparadoxon, Einstein, idődilatáció, relatív, sebesség, cézium, atomóra, Hafele, Keating, kísérlet, Kelly idődilatáció, relatív, sebesség, cézium, atomóra, Hafele, Keating, kísérlet, Kelly

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Oldal: A fotonok c sebessége
aPARADOXON, a természettudomány ideiglenes kudarcai - © 2008 - 2024 - aparadox.hupont.hu

Az, hogy weboldal ingyen annyit jelent, hogy minden ingyenes és korlátlan: weboldal ingyen.

ÁSZF | Adatvédelmi Nyilatkozat