Vận tốc ánh sáng, (nói một cách tổng quát hơn là tốc độ lan truyền của bức xạ điện từ) trong chân không, ký hiệu là c, là một hằng số vật lý cơ bản quan trọng nhiều lĩnh vực vật lý. Nó có giá trị chính xác bằng 299.792.458 mét trên giây, bởi vì đơn vị độ dài mét được định nghĩa lại dựa theo hằng số này và giây tiêu chuẩn. Show
Ánh sáng chuyển động với một vận tốc gần 300.000 km/giây (khoảng 1 tỉ km trên giờ). Chỉ cần cho quá một giây là nó đã đến được Mặt Trăng và khoảng 8 phút là đến được Mặt Trời. Trong một giây, ánh sáng có thể đi quanh trái đất 7 vòng. Nhưng nó phải mất nhiều năm mới vượt qua được khoảng cách giữa chúng ta với những ngôi sao gần nhất. Khi đi qua nước, không khí, thủy tinh hoặc tất cả các loại vật liệu trong suốt khác, tốc độ của ánh sáng bị giảm đi. Các sóng truyền thanh và truyền hình, sóng ra-đa, tia hồng ngoại và cực tím chuyển động với vận tốc tương đương với vận tốc của ánh sáng. Đó là vận tốc cao nhất có thể đạt được trong vũ trụ.  Cách đo vận tốc ánh sángNgười đầu tiên muốn đo tốc độ của ánh sáng chính là Galileo. Ông đã đặt hai điểm quan sát cách nhau vài dặm với hai lồng đèn được phủ kín. Điểm quan sát thứ nhất mở lồng đèn của mình, điểm quan sát thứ hai sau khi thấy ánh sáng từ điểm quan sát thứ nhất mới mở lồng đèn của mình. Khoảng thời gian giữa hai lần mở lồng đèn + khoảng cách giữa hai lồng đèn sẽ giúp Galileo tính được tốc độ của ánh sáng. Tuy vậy, trên thực tế nhà khoa học này biết rằng ánh sáng đi quá nhanh và khoảng cách vài dặm chưa đủ để làm thí nghiệm. Phải đợi tới năm 1676, nhà thiên văn học người Đan Mạch có tên là Ole Roemer mới thực hiện thí nghiệm chuẩn xác đầu tiên và đưa ra con số 309.000 km/giây (con số không sai lệch nhiều so với tốc độ thực) bằng cách quan sát mặt trăng của sao Mộc. Trong thế kỷ XIX, hai nhà khoa học người Pháp là Hippolyte Fizeau và Leon Foucault đã dùng các hệ thống gương phức tạp để tính tốc độ của ánh sáng và cũng ra được con số 298.000 km/giây. Tiếp theo đó, một người học trò vĩ đại của Foucault là Albert Michelson đã tiếp tục công trình nghiên cứu này để làm cho các phép đo đạc trở nên chính xác hơn. Năm 1924, Michelson đã làm thí nghiệm tại các đỉnh núi khác nhau của California với khoảng cách giữa các điểm thí nghiệm là 140 km. Năm 1926 ông công bố vận tốc của ánh sáng là 300.000km/s. Ngày nay, các nhà khoa học thực nghiệm đều cho rằng vận tốc ánh sáng chính xác là 299.792.450 m/s. Năm ánh sáng là đơn vị đo chiều dài sử dụng trong đo khoảng cách thiên văn. Theo những đo lường thực nghiệm, ánh sáng truyền đi trong chân không với vận tốc khoảng 300.000 km/s, do vậy, nó bằng khoảng 9,5 nghìn tỷ km hoặc 5,9 nghìn tỷ dặm. Theo định nghĩa của Hiệp hội Thiên văn Quốc tế (IAU), một năm ánh sáng là khoảng cách ánh sáng truyền trong chân không trong khoảng thời gian một năm Julius (365,25 ngày). Bởi vì nó gồm từ "năm", thuật ngữ năm ánh sáng đôi khi bị giải thích nhầm thành đơn vị của thời gian. Năm ánh sáng thường hay được sử dụng nhất khi biểu diễn khoảng cách đến các sao hoặc đến những khoảng cách lớn hơn trong phạm vi thiên hà, đặc biệt đối với đại chúng và ở các ấn phẩm phổ biến khoa học. Đơn vị đo thường hay sử dụng trong trắc lượng học thiên thể là parsec (ký hiệu: pc, bằng khoảng 3,26 năm ánh sáng; đây là khoảng cách mà khi nhìn một đơn vị thiên văn dưới góc mở bằng một giây cung). Định nghĩa[sửa | sửa mã nguồn]Theo định nghĩa của IAU, năm ánh sáng là khoảng cách tính bằng nhân thời gian một năm Julius (365,25 ngày so với 365,2425 ngày của lịch Gregorius) với tốc độ ánh sáng (299792458 m/s). Các giá trị này được nêu trong nghị quyết về Hệ thống các hằng số thiên văn IAU (1976), và được sử dụng từ 1984. Từ đây, các chuyển đổi có thể thực hiện như sau. IAU quy định viết tắt cho năm ánh sáng là ly, mặc dù có những chuẩn khác như ISO 80000 sử dụng ký hiệu "l.y." và những ký hiệu theo tiếng bản ngữ cũng được sử dụng, như "al" trong tiếng Pháp (từ année-lumière) và tiếng Tây Ban Nha (từ año luz), "Lj" trong tiếng Đức (từ Lichtjahr), vv... 1 năm ánh sáng = 9460730472580800 mét (chính xác bằng) ≈ 9,461 peta mét ≈ 9,461 nghìn tỷ kilomét ≈ 5,878625 nghìn tỷ dặm ≈ 63241,077 đơn vị thiên văn AU ≈ 0,306601 parsec Trước năm 1984, năm chí tuyến (không phải năm Julius) và một phép đo (không dùng để định nghĩa) tốc độ ánh sáng đã được đưa vào trong Hệ thống hằng số thiên văn của IAU (1964), được sử dụng từ 1968 đến 1983. Tích của năm chí tuyến theo kỷ nguyên J1900.0 của Simon Newcomb là 31556925,9747 giây của lịch thiên văn (ephemeris second) nhân với tốc độ ánh sáng 2997925 km/s cho kết quả một năm ánh sáng bằng 9,460530 x 1015m (làm tròn đến 7 chữ số thập phân trong năm ánh sáng) có thể tìm thấy ở một số tài liệu hiện đại có lẽ bắt nguồn từ một nguồn cũ như tham khảo công trình Astrophysical Quantities của Clabon Allen năm 1973, mà được cập nhật trong năm 2000, bao gồm giá trị của IAU (1976) như nêu ở trên (lấy đến 10 chữ số thập phân). Những giá trị chính xác cao khác không được tính dựa trên một hệ thống nhất quán của IAU. Giá trị 9,460536207 x 1015m có trong một số cuốn sách hiện đại là tích của trung bình một năm Gregorius (365,2425 ngày hay 31556952 giây) và tốc độ ánh sáng (299792458 m/s). Một giá trị khác, 9,460528405 x 1015m, là tích của trung bình một năm chí tuyến J1900.0 với tốc độ ánh sáng. Các viết tắt và sử dụng bội số của năm ánh sáng là:
Lịch sử[sửa | sửa mã nguồn]Đơn vị năm ánh sáng xuất hiện chỉ một vài năm sau khi Friedrich Bessel đo thành công khoảng cách đến một ngôi sao khác ngoài Mặt Trời vào năm 1838. Ngôi sao mà ông sử dụng để đo là 61 Cygni, và dụng cụ đo là một kính thiên văn đo thị sai (heliometer) có độ mở 160mm do Joseph von Fraunhofer thiết kế. Đơn vị lớn nhất biểu diễn khoảng cách vũ trụ ở thời điểm đó là đơn vị thiên văn, bằng bán kính của quỹ đạo Trái Đất 1,50 x 108km. Theo đơn vị này, tính toán lượng giác dựa trên thị sai của sao 61 Cygni bằng 0,314 giây cung, cho kết quả khoảng cách tới ngôi sao bằng 660.000 AU (9,9 x 1013km). Bessel ghi chú thêm rằng ánh sáng mất 10,3 năm để truyền qua quãng đường như vậy. Ông nhận ra rằng độc giả của ông sẽ thấy thích thú khi đưa ra một hình ảnh cho dễ hình dung về thời gian truyền đi xấp xỉ của ánh sáng, nhưng ông đã ngập ngừng khi sử dụng năm ánh sáng làm đơn vị khoảng cách. Theo ông bởi vì khi sử dụng khoảng cách theo năm ánh sáng sẽ làm mất đi độ chính xác trong dữ liệu đo thị sai của ông do nó nhân với một tham số chưa chính xác đó là tốc độ ánh sáng. Vào năm 1838 tốc độ ánh sáng vẫn chưa được đo chính xác; giá trị của nó thay đổi vào năm 1849 (Fizeau) và 1862 (Foucault). Khi ấy các nhà khoa học vẫn chưa coi nó là một hằng số cơ bản của tự nhiên, và sự lan truyền của ánh sáng qua môi trường aether hoặc không gian vẫn còn là điều bí ẩn. Tuy thế, đơn vị năm ánh sáng xuất hiện trong một cuốn sách phổ biến thiên văn học của nhà thiên văn học người Đức Otto Ule. Nghịch lý về đơn vị khoảng cách có từ "năm" trong đó đã được Ule giải thích bằng cách so sánh với khoảng cách giờ đường trượt tuyết (hiking road hour, Wegstunde trong tiếng Đức). Một quyển sách tiếng Đức phổ biến thiên văn cùng thời cũng lưu ý tới độc giả năm ánh sáng là một tên gọi kỳ lạ. Năm 1868 một tạp chí của Anh ghi nhận năm ánh sáng là đơn vị đo khoảng cách được sử dụng bởi các nhà khoa học Đức. Eddington đã gọi năm ánh sáng là một đơn vị không thuận tiện và không thích hợp, mà thỉnh thoảng đi từ các tác phẩm đại chúng vào trong các khảo cứu kỹ thuật. Mặc dù trong thời hiện đại các nhà thiên văn thường sử dụng đơn vị parsec, năm ánh sáng cũng là đơn vị phổ biến sử dụng trong khoảng cách liên sao và liên thiên hà. Sử dụng đơn vị[sửa | sửa mã nguồn]Khoảng cách tính theo năm ánh sáng bao gồm giữa những ngôi sao trong cùng một khu vực, như chúng cùng thuộc về một hoặc cụm sao cầu. Các thiên hà có đường kính từ vài nghìn đến vài trăm nghìn năm ánh sáng, và khoảng cách giữa các thiên hà lân cận hoặc khoảng cách giữa các cụm thiên hà lên tới hàng triệu năm ánh sáng và hàng chục triệu năm ánh sáng. Khoảng cách giữa các quasar và Bức tường lớn Sloan (Sloan Great Wall) lên tới hàng tỷ năm ánh sáng. Một số bậc độ lớn theo độ dài năm ánh sáng Tỷ lệ (ly) Giá trị Khoảng cách 10−9404×10−9 lyÁnh sáng Mặt Trời phản chiếu từ bề mặt Mặt Trăng mất 1,2–1,3 giây để tới bề mặt Trái Đất (quãng đường 350000 đến 400000 kilômét). 10−6158×10−6 lyMột đơn vị thiên văn (khoảng cách từ Mặt Trời đến Trái Đất). Ánh sáng mất xấp xỉ 499 giây (8,32 phút) để vượt qua khoảng cách này.127×10−6 lyThiết bị thăm dò Huygens đáp xuống vệ tinh Titan của Sao Thổ và truyền dữ liệu về Trái Đất ở khoảng cách 1,2 tỷ kilômét.504×10−6 lyTàu New Horizons bay qua Sao Diêm Vương nằm cách Trái Đất 4,7 tỷ kilômét và tín hiệu mất 4 giờ 25 phút mới đến được mặt đất. 10−3204×10−3 lyTàu không gian bay xa nhất, Voyager 1, cho đến thời điểm năm 2014, nó nằm cách Trái Đất 18 giờ ánh sáng. Con tàu sẽ mất khoảng 17500 năm để đi được (10×100 ly) với vận tốc của nó 17 km/s (38000 mph) so với Mặt Trời. Ngày 12 tháng 9 năm 2013, các nhà khoa học NASA thông báo Voyager 1 đã tiến vào môi trường liên sao từ ngày 25 tháng 8 năm 2012, trở thành tàu vũ trụ đầu tiên của con người rời hệ Mặt Trời. 10016×100 lyĐám mây Oort có đường kính xấp xỉ 2 năm ánh sáng. Các nhà thiên văn ước đoán biên giới trong của nó nằm ở 50000 au, và biên giới ngoài nằm ở 100000 au.20×100 lyTầm ảnh hưởng xa nhất của trường hấp dẫn Mặt Trời (mặt cầu Hill/giới hạn Roche, 125000 au). Vượt qua ranh giới này là trường hấp dẫn của môi trường liên sao.422×100 lySao gần Mặt Trời nhất, Proxima Centauri, nằm cách 4,22 năm ánh sáng.860×100 lySirius, ngôi sao sáng nhất trên bầu trời đêm. Nó có khối lượng gấp 2 lần và độ sáng tuyệt đối gấp 25 lần Mặt Trời, một phần vì khoảng cách của nó đến Mặt Trời nhỏ hơn 10 năm ánh sáng.1190×100 lyHD 10700 e, hành tinh ngoài hệ Mặt Trời nằm trong vùng thích nghi với điều kiện sống (habitable zone). Khối lượng gấp 6,6 lần Trái Đất, nó nằm ở giữa vùng có thể ở được của sao Tau Ceti.205×100 lyGliese 581, một sao lùn đỏ với một vài hành tinh được phát hiện quay quanh.310×100 lyCanopus, ngôi sao sáng thứ hai sau Sirius, được phân cấp sao siêu khổng lồ (supergiant) loại F và độ sáng tuyệt đối hơn 15000 lần Mặt Trời. 1033×103 lyA0620-00, lỗ đen gần nhất được biết đến, nằm cách khoảng 3000 năm ánh sáng.26×103 lyTrung tâm của Ngân Hà cách Trái Đất khoảng 26000 năm ánh sáng.100×103 lyNgân Hà có đường kính khoảng 100000 năm ánh sáng.165×103 lyR136a1, nằm trong Đám Mây Magellan Lớn, ngôi sao sáng nhất từng được biết đến với độ sáng gấp 8,7 triệu lần độ sáng của Mặt Trời, có cấp sao biểu kiến 12,77, chỉ sáng hơn 3C 273. 10625×106 lyThiên hà Tiên Nữ cách hệ Mặt Trời xấp xỉ 2,5 triệu năm ánh sáng.3×106 lyThiên hà Tam Giác (M33), nằm cách xa 3 triệu năm ánh sáng, là thiên thể xa nhất có thể nhìn bằng mắt thường.59×106 lyCụm thiên hà gần nhất, cụm thiên hà Xử Nữ (Virgo Cluster), cách xa 59 triệu năm ánh sáng.150×106 – 250×106 lyKhu vực hấp dẫn lớn (Great Attractor) nằm ở khoảng cách giữa 150 và 250 triệu năm ánh sáng (giá trị sau được ước tính gần đây). 10912×109 lyBức tường lớn Sloan (Sloan Great Wall) (không nhầm với Tường lớn (Great Wall) và Tường lớn Hercules–Corona Borealis) đã được với chiều dài xấp xỉ 1 tỷ năm ánh sáng.24×109 ly3C 273, quasar sáng nhất trong vùng bước sóng khả kiến, cấp sao biểu kiến 12,9, chỉ mờ hơn R136a1. 3C 273 nằm cách 2,4 tỷ năm ánh sáng.457×109 lyKhoảng cách đồng chuyển động từ Trái Đất đến biên giới của vũ trụ quan sát được là 45,7 tỷ năm ở bất kỳ hướng nào; đây là bán kính đồng chuyển động của vũ trụ quan sát được. Giá trị này lớn hơn tuổi của vũ trụ như đo từ bức xạ nền vi sóng vũ trụ; điều này là do vũ trụ đang giãn nở kể từ thời điểm Vụ Nổ Lớn. Các đơn vị liên quan[sửa | sửa mã nguồn]Khoảng cách giữa các vật thể trong một hệ sao thường bằng phần nhỏ của một năm ánh sáng, và chúng thường được biểu diễn theo đơn vị thiên văn au. Tuy nhiên, đơn vị của những độ dài nhỏ hơn có thể dùng bằng cách nhân thời gian với tốc độ ánh sáng. Ví dụ, giây ánh sáng, mà hay sử dụng trong thiên văn học, vật lý tương đối tính và truyền thông tin, có giá trị bằng 299792458 mét hay 1⁄31557600 của một năm ánh sáng. Các đơn vị như phút ánh sáng, giờ ánh sáng và ngày ánh sáng đôi khi được sử dụng trong các tác phẩm phổ biến khoa học. Tháng ánh sáng, gần bằng một phần mười hai của năm ánh sáng, cũng được sử dụng để đo xấp xỉ khoảng cách. Bảo tàng không gian và Trái Đất Hayden (Hayden Planetarium) xác định tháng ánh sáng bằng chính xác 30 ngày ánh sáng truyền đi. Ánh sáng truyền xấp xỉ qua một foot trong một nano giây; do vậy thuật ngữ "foot ánh sáng" đôi lúc được sử dụng không chính thức để đo thời gian. Xem thêm[sửa | sửa mã nguồn]
Chú thích[sửa | sửa mã nguồn]
Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]
1 giây tốc độ ánh sáng đi được bao nhiêu km?Bởi vì tốc độ ánh sáng bằng khoảng 300.000 kilômét một giây, đo lường về thời gian và độ trễ giữa vệ tinh và máy thu cần phải rất chính xác. Thứ gì nhanh hơn tốc độ ánh sáng?Vì vậy, theo De Rham, thứ duy nhất có khả năng di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng chính là ánh sáng, nhưng chỉ khi không ở trong chân không vũ trụ. Nhà khoa học lưu ý, bất kể trong môi trường nào, ánh sáng cũng không bao giờ vượt quá tốc độ tối đa là 299.792km mỗi giây. Tốc độ âm thanh là bao nhiêu km?Ở mực nước biển, tại nhiệt độ 21 °C (70 °F) và với áp suất tiêu chuẩn, tốc độ âm thanh trong không khí là khoảng 343.2 m/s (768 mph hay 1236 km/h). Vận tốc ánh sáng trong không khí bằng bao nhiêu?Vận tốc ánh sáng là bao nhiêu m/s? Tính đến ngày nay, các nhà khoa học thực nghiệm đều cho rằng vận tốc ánh sáng chính xác là 299.792.450 m/s. Vận tốc ánh sáng khi truyền trong không khí có giá trị bằng 300 000 000 m/s. |
