4.5. FÜÜSIKA ÜLDPRINTSIIBID: ABSOLUUTKIIRUS

4.5. FÜÜSIKA ÜLDPRINTSIIBID: ABSOLUUTKIIRUS

Valguse kiirus

Kõik me oleme äikese ajal tähele pannud, et müristamist kuuleme tavaliselt mitmeid sekundeid hiljem kui näeme välgusähvatust. Põhjust teame samuti — pikselöögi tagajärjel tekkinud heli kohalejõudmine võtab aega. Heli levimiskiirus õhus on umbes 1/3 kilomeetrit sekundis ning seda teades on lihtne äikesepilve kaugust määrata. Loeme sekundeid välgusähvatuse ja kõuekärgatuse vahel ning iga kolme sekundi kohta tuleb kaugust üks kilomeeter.

Niiviisi arutledes eeldame, et valguse levimine aega ei võta. Meie jaoks jõuab valgus kohale silmapilkselt. Kuidas aga tegelikult on? Kas valgus jõuab tõesti igale poole silmapilkselt, kas valguse kiirus on lõpmatult suur?

Loodusteaduste algusaastail just niimoodi arvatigi. Toonased vaatlusoskused muudeks järeldusteks võimalust ei andnud. Anitiik-Kreeka mõttetark Aristoteles oli veendunud, et valgus jõuab kaugetelt tähtedelt meieni silmapilkselt. Alles sajandeid hiljem hakkas lõpmatu kiiruse võimalikkuses kahtlema Galileo Galilei. Itaalia teadlane pani kirja isegi plaani, kuidas valguse kiirust eksperimentaalselt määrata võiks. Kahjuks polnud tollal veel piisavalt täpseid kelli ning plaan jäi esialgu vaid plaaniks. Kuigi valguse kiirus jäi mõõtmata, uskus Galilei selle lõplikusse ja pakkus välja, et valgus on helist vähemalt 10 korda kiirem.

Esimene teadlane, kel õnnetus valguse lõplik kiirus oma vaatlustulemuste põhjal välja arvutada, oli Taani astronoom Olaf Rømer. Ta jälgis Jupiteri kaaslasi ning pani tähele, et viimaste tiirlemisega seonduvad nähtused ei toimunud alati täpselt nendel hetkedel, mil arvutuste järgi pidanuks. Eriti suur oli erinevus pooleaastase vahega sooritatud vaatluste korral. Teadlane taipas, et poole aastatga oli Maa Jupitesist ligi 300 miljonit kilomeetrit kaugemale liikunud. Vaadeldav nähtus hilines, kuna valgusel kulus vaatlejani jõudmiseks nüüd rohkem aega. Aastal 1675 arvutas Olaf Rømer valguse kiiruseks 220 000 km/s.

Aristoteles Galilei Rømer

Teaduse arenedes on valguse kiiruse mõõtmise täpsus järjest kasvanud. Tänapäevaks on selle väärtus teada juba sedavõrd täpselt, et pikkusühik 1 meeter on defineeritud valguse levimise kaudu. Valguse kiirust tähistatakse valemites tähega c ja selle väärtus on täpselt

c = 299 792 458 m/s ≈ 300 000 000 m/s = 300 000 km/s.

Absoluutkiirus

Aastal 1877 sooritasid ameerika füüsikud Albert Michelson ja Edward Morley keerulise eksperimendi, mille üheks eesmärgiks oli näidata, et Maakera liikumine mõjutab valguse vaatlemise tulemusi. Tollal arvati, et valgus kujutab endast laineid, mis levivad maailmaruumi täitvas inimesele mittetajutavas absoluutselt paigalseisvas eetris.

Michelson oletas, et kui Maakera tiirleb suure kiirusega (30 km/s) ümber Päikese, peaksid täpsed katseriistad suutma eristada olukordi, mil Maal asuv vaatleja liigub eetris levivale valgusele vastu või selle eest ära. Valguse kiirus on Maa liikumiskiirusest küll 10 000 korda suurem, kuid teadlased olid veendunud, et nende täpne eksperiment suudab seda väikest erinevust ilma kahtlusteta registreerida.

Teadlaste üllatus oli aga suur, kui ka katsete kordamisel ei suudetud valguse levimisel Maa liikumisega samas ja vastassuunas märgata mingit erinevust! Avastus oli seniste füüsikateadmistega suures vastuolus. Newtoni mehaanika aluseks oli teadmine, et liikumine on suhteline. Liikumine sõltub vaatlejast ja võib erinevate vaatlejate jaoks olla vägagi erinev. Kuulus Michelson-Morley katse kinnitas aga vastupidist: valguse kiirus on absoluutne! Valguse levimiskiirus ei sõltu valgusallika ega vaatleja liikumisest. Valguse kiirus on kõigi jaoks sama, on kõikides taustsüsteemides ühesugune.

A. Michelson, E. Morley ja nende kuulus katseseade

Seda fakti, et valguse kiirus vaakumis on absoluutne ja ei sõltu valgusallika ega vaatleja liikumisest, on kinnitanud ka mitmed hilisemad katsed. Lisaks on tänapäeval teada, et miski ei saa liikuda ega levida valgusest kiiremini. Tegemist on füüsika üldprintsiibiga, mida on raske mõista. See lihtsalt on nii. Absoluutkiiruse printsiibi avastamine tõi füüsikasse suure pöörde.

Absoluutkiiruse printsiip seisneb selles, et puhtalt väljalised objektid nagu valgus liiguvad mistahes aineliste objektide suhtes alati absoluutkiirusega (sõltumata aineliste objektide omavahelisest liikumisest). Absoluutkiiruseks on valguse kiirus vaakumis.

< Tagasi Sisukord Edasi >