Tài liệu: Tốc độ ánh sáng

Ở một nơi đó trong không gian ngoài kia, cách Trái Đất hàng tỉ năm ánh sáng, ánh sáng nguyên thủy liên quan tới Vụ nổ Lớn của vũ trụ đang chiếu sáng những vùng đất mới khi nó tiếp tục truyền đi ra xa.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tài liệu: Tốc độ ánh sáng Tốc độ ánh sáng Ở một nơi đó trong kh ông gian ngoài kia, cách Tr ái Đất hàng tỉ năm ánh sáng,ánh sáng nguyên thủy liên quan tới Vụ nổ Lớn của vũ trụ đang chiếu sáng nhữngvùng đất mới khi nó tiếp tục truyền đi ra xa. Trái ngược lại hoàn toàn, một dạngkhác của bức xạ điện từ phát sinh trên Trái Đất, các sóng vô tuyến phát đi từ mộtchương trình truyền hình nào đó cũng đang lan truyền ra không gian sâu thẳmngoài kia, mặc dù cường độ của nó yếu hơn nhiều. Khái niệm cơ bản ẩn sau cả hai sự kiện trên có liên quan tới tốc độ của ánhsáng (và tất cả những dạng khác của bức xạ điện từ), đã được các nhà khoa học xácđịnh một cách kĩ lưỡng, và ngày nay được biểu diễn dưới dạng một giá trị khôngđổi có mặt trong các phương trình với kí hiệu c. Không hẳn là một hằng số, đúnghơn là tốc độ cực đại trong chân không, tốc độ của ánh sáng, gần 300.000 km/giây,có thể điều chỉnh bằng cách làm thay đổi môi trường hoặc với sự giao thoa lượngtử. Ánh sáng truyền trong một chất, hay môi trường, đồng chất theo đườngthẳng, với tốc độ gần như không đổi, trừ khi nó bị khúc xạ, phản xạ, nhiễu xạ hoặcbị nhiễu loạn theo một số cách khác. Thực tế khoa học đã được hiểu rõ này khôngphải là sản phẩm của kỉ nguyên Nguy ên tử hay thời kì Phục hưng, mà đã được xúctiến khởi đầu bởi nhà bác học Hi Lạp cổ đại, Euclid, khoảng 350 năm trước Côngnguyên, trong chuyên luận mang tính bước ngoặc của ông, Optica. Tuy nhiên,cường độ của ánh sáng (và các bức xạ điện từ khác) tỉ lệ nghịch với bình phươngcủa khoảng cách truyền đi. Như vậy, sau khi ánh sáng truyền đi được hai lần mộtkhoảng cách cho trước thì cường độ của nó giảm đi bốn lần. Khi ánh sáng truyền trong không khí đi vào một môi trường khác, chẳng hạnnhư thủy tinh hoặc nước, tốc độ và bước sóng của ánh sáng giảm đi (xem hình 2),mặc dù tần số vẫn giữ nguyên không đổi. Ánh sáng truyền đi xấp xỉ 300.000 kmtrên giây trong chân không, môi trường có chiết suất bằng 1,0, nhưng vận tốc sẽgiảm xuống còn 225.000 km/giây trong nước (chiết suất 1,3, xem hình 2), và200.000 km/giây trong thủy tinh (chiết suất 1,5). Trong kim cương, với chiết hơicao 2,4, tốc độ của ánh sáng giảm đi khá nhiều (125.000 km/giây), chỉ còn khoảng60% tốc độ của nó trong chân không. Do hành trình khổng lồ mà ánh sáng truyền đi trong không gian bên ngoàigiữa các thiên hà (xem hình 1) và bên trong Dải Ngân hà, nên sự giãn nở của cácsao có thể đo được không chỉ bằng km, mà còn bằng năm ánh sáng, quãng đườngmà ánh sáng đi được trong một năm. Một năm ánh sáng bằng 9,5 nghìn tỉ km, hoặckhoảng 5,9 nghìn tỉ dặm. Khoảng cách từ Trái Đất tới ngôi sao gần nhất ngoài hệmặt trời của chúng ta, Proxima Centauri, xấp xỉ 4,24 năm ánh sáng. Có thể so sánhnhư thế này, Dải Ngân hà có đường kính ước tính chừng 150.000 năm ánh sáng, vàkhoảng cách đến thiên hà Andromeda là chừng 2,21 triệu năm ánh sáng. Điều nàycó nghĩa là ánh sáng rời thiên hà Andromeda 2,21 triệu năm về trước mới tới đượcTrái Đất, trừ khi trên đường đi nó đã chạm phải các thiên thể phản xạ hoặc cácmảnh vỡ khúc xạ. Khi các nhà thiên văn ngắm nhìn bầu trời đêm là lúc họ đang quan sát mộthỗn hợp thời gian thực, quá khứ đã qua, và lịch sử thời cổ đại. Ví dụ, trong thời kìmà các nhà tiên phong người Babilon, các nhà chiêm tinh người A Rập, các nhàthiên văn Hi Lạp mô tả các chòm sao, thì Scorpius (Scorpio đối với các nhà chiêmtinh học) vẫn có hình dạng con bọ cạp. Sao đuôi và các sao khác trong chòm saonày đã xuất hiện dưới dạng sao siêu mới trên bầu trời khoảng giữa năm 500 và1000 trước Công nguyên, nhưng không còn nhìn thấy nữa đối với các nhà nghiêncứu ngày nay. Mặc dù một số sao quan sát thấy trên bầu trời đêm trên Trái Đất đãchết từ lâu, nhưng sóng ánh sáng mang hình ảnh của chúng vẫn còn chạm tới mắtngười và kính viễn vọng. Trong thực tế, ánh sáng từ sự hủy diệt của chúng (vàbóng tối của sự vắng mặt của chúng) chưa đi hết khoảng cách khổng lồ trongkhông gian sâu thẳm vì chưa đủ thời gian. Empedocles thuộc vùng Acragas, người sống vào khoảng năm 450 trướcCông nguyên, là một trong những triết gia đầu tiên được ghi nhận đã nhận địnhrằng ánh sáng truyền đi với một vận tốc giới hạn. Gần một thiên niên kỉ sau này,khoảng chừng năm 525 sau Công nguyên, nhà bác học và nhà toán học người LaMã Anicius Boethius đã thử dẫn chứng bằng tài liệu tốc độ của ánh sáng, nhưngsau khi bị buộc tội phản quốc và làm ma thuật, ông đã bị chém đầu vì nỗ lực mangtính khoa học của mình. Kể từ những ứng dụng sớm nhất của loại bột đen dùnglàm pháo hoa và tín hiệu bởi người Trung Hoa, người ta đã tự hỏi về tốc độ của ánhsáng. Với lóe sáng và màu sắc trước khi có tiếng nổ chừng vài giây, nó không đòihỏi phải có một tính toán gì ghê gớm để nhận ra rằng tốc độ của ánh sáng hiểnnhiên vượt quá tốc độ của âm thanh. Bí mật ẩn sau các vụ nổ của người Trung Hoa đã dẫn đường cho họ tớiphương Tây trong giữa thế kỉ 19, và cùng với họ, đã mang theo những nghi vấn vềtốc độ của ánh sáng. Trước thời gian này, các nhà nghiên cứu phải xem lóe sángcủa tia chớp theo sau là tiếng sấm rền, thường xuất hiện trong những đám mưa tosấm dữ, nhưng không đưa ra được bất cứ lời giải thích khoa học nào hợp lí về sựchậm trễ đó. Nhà bác học người A Rập Alhazen là nhà khoa học nghiên cứu quanghọc nghiêm túc đầu tiên cho rằng (vào khoảng năm 1000 sau Công nguyên) ánhsáng có một tốc độ hữu hạn, và vào năm 1250, nhà quang học tiên phong ngườiAnh Roger Bacon đã viết rằng tốc độ của ánh sáng là hữu hạn, mặc dù rất nhanh.Tuy nhiên, đa số các nhà khoa học trong thời kì này vẫn giữ quan điểm cho rằngtốc độ của ánh sáng là vô hạn và không thể nào đo được. Năm 1572, nhà thiên văn học nổi tiếng người Đan Mạch Tycho Brahe làngười đầu tiên mô tả sao siêu mới, xuất hiện trong chòm sao Cassiopeia. Sau khiquan sát một “ngôi sao mới” đột ngột xuất hiện trên nền trời, cường độ sáng củanó giảm dần, và rồi biến mất dần khỏi tầm nhìn trong thời gian 18 ...