Prędkość światła jest także ważnym parametrem światła, jej wyznaczenie w historii rozwoju optyki ma bardzo szczególne i ważne znaczenie, nie tylko dla sprzyjania głębokiemu rozwojowi eksperymentów optycznych, ale także dla przełamania tradycyjnej koncepcji optyki. prędkość światła nieskończona. W rozwoju teoretycznych badań fizyki określenie prędkości światła w teorii cząstek i teorii fluktuacji w debacie stanowi podstawę do oceny i ostatecznie sprzyja odkryciu i rozwojowi teorii względności Einsteina.
Jak mierzy się prędkość światła
1. Prolog do pomiaru prędkości światła
W fizyce toczył się spór dotyczący prędkości światła. Zarówno Kepler, jak i Kartezjusz wierzyli, że światło podróżuje bez czasu i w jednej chwili. Galileusz wierzył, że można zmierzyć prędkość światła, choć niezwykle dużą, i w 1607 roku Galileusz przeprowadził najwcześniejszy eksperyment mający na celu zmierzenie prędkości światła. Metoda pomiaru Galileusza polega na tym, że dwie osoby stoją w odległości 1,6093 km od siebie na szczycie dwóch gór, każda z lampą, przy czym pierwsza osoba podniesie lampę, gdy druga osoba zobaczy lampę pierwszej osoby, natychmiast podniesie swoją lampę, z pierwsza osoba, która podniesie lampę, aby zobaczyć lampę drugiej osoby, to odstęp między czasem propagacji światła, a następnie na podstawie odległości między dwoma miejscami będzie w stanie uzyskać prędkość propagacji światła. Jednakże ze względu na zbyt dużą prędkość propagacji światła, w związku z czym obserwator musi mieć także określony czas reakcji, dlatego próby Galileusza nie powiodły się, lecz eksperyment Galileusza jest otwarciem historii ludzkości na prędkość propagacji światła w celu zmierzenia wstęp do nauki.
2. Pomiar astronomiczny
W 1676 roku duński astronom Rømer po raz pierwszy zaproponował skuteczniejszą metodę pomiaru prędkości światła. Jako „zegar” można zastosować dowolny proces okresowy i udało mu się znaleźć zegar Jowisza, który jest bardzo daleko od Ziemi: satelita zaćmiony przez Jowisza w określonym okresie. Zaobserwował, że czas pomiędzy dwoma kolejnymi zaćmieniami satelitów, kiedy Ziemia cofa się z ruchu Jowisza, niż ruch Ziemi w kierunku Jowisza jest dłuższy niż różnica czasu około 15 s. Romera poprzez obserwację zaćmień satelitów Jowisza i średnicy orbity Ziemi z prędkością światła: 214300 km na sekundę. ta wartość z prędkości światła, dokładność wartości różnicy jest bardzo duża, ale to nie jest błędna metoda pomiaru, najważniejsze jest to, że wtedy znać promień orbity Ziemi jest tylko przybliżeniem, podczas gdy pomiar okresu zaćmienia satelity nie jest wystarczająco dokładny. Później naukowcy wykorzystali metodę fotograficzną do pomiaru czasu zaćmień satelitów Jowisza, a dokładność pomiaru promienia orbity Ziemi uległa poprawie, stosując metodę Romera do ustalenia, że prędkość propagacji światła wynosi 299840 na sekundę 60 km, czyli bardzo blisko dokładna wartość współczesnych pomiarów laboratoryjnych.
W 1728 roku angielski astronom Bradley zmierzył prędkość światła, stosując metodę różnicy przemieszczania się światła przez gwiazdy. Obserwując gwiazdy na Ziemi, Bradley zauważył, że pozorne pozycje gwiazd stale się zmieniają i że w ciągu roku wszystkie gwiazdy zdawały się krążyć po elipsie z równymi osiami w połowie długości wokół zenitu przez tydzień. Przypisał to zjawisko faktowi, że światło gwiazd dociera do ziemi po pewnym czasie i że w tym czasie Ziemia zmieniała położenie w wyniku obrotu, z czego zmierzył prędkość światła na 299 930 km na godzinę. drugi.
3. Pomiar przekładni
W 1849 roku francuski naukowiec Fissot po raz pierwszy użył zaprojektowanego urządzenia eksperymentalnego do określenia prędkości propagacji światła, a jego zasada pomiaru była podobna do zasady Galileusza. Umieścił punktowe źródło światła w ognisku soczewki, pomiędzy soczewką a źródłem światła, aby włączyć przekładnię, w soczewce po drugiej stronie dalekiej strony drugiej soczewki oraz umieszczone z kolei zwierciadło płaskie, zwierciadło płaskie znajduje się w ognisku drugiej soczewki. Punktowe źródło światła emitowane przez światło przez przekładnie i soczewki na światło równoległe, światło równoległe przez drugą soczewkę, a następnie w zwierciadle płaskim zebrane w punkcie, w zwierciadle płaskim po odbiciu w pierwotną drogę powrotną. Ponieważ koło zębate ma szczelinę i zęby, gdy światło przechodzi przez szczelinę, a obserwator może zobaczyć światło powrotne, gdy światło spotyka się z zębami, będzie ono zasłonięte. Czas od początku do pierwszego zniknięcia powracającego światła to czas, jakiego potrzebuje światło na wykonanie jednej podróży w obie strony i zależnie od prędkości kół zębatych, czas ten nie jest trudny do ustalenia. W ten sposób Fischer zmierzył prędkość światła na 315,000 kilometrów na sekundę, a ponieważ koła zębate miały określoną szerokość, trudno było dokładnie zmierzyć prędkość propagacji światła tą metodą.
W 1850 roku francuski fizyk Foucault udoskonalił metodę Fisso, używając jedynie soczewki, obrotowego zwierciadła płaskiego i zwierciadła wklęsłego. Światło równoległe zbiega się w środku zwierciadła wklęsłego poprzez obracające się zwierciadło płaskie i przy tej samej prędkości obrotowej zwierciadła płaskiego można obliczyć czas podróży wiązki światła w obie strony, a zmierzona w ten sposób prędkość światła wynosi 298 ,000km na sekundę.
4. Metoda pomiaru mikrofalowego
Fale świetlne stanowią niewielką część widma elektromagnetycznego, naukowcy zajmujący się widmem elektromagnetycznym każdego rodzaju parametrów fal elektromagnetycznych przeprowadzają precyzyjne pomiary. 1950 Eisen zaproponował metodę rezonansu wnękowego do pomiaru prędkości światła. Zasada pomiaru jest następująca: Mikrofala przechodzi przez wnękę, gdy jej częstotliwość osiągnie określoną wartość, rezonuje, długość fali rezonansowej λ i obwód wnęki rezonansowej to obwód zależności między R jako:
R=2.404825λ
A następnie zgodnie z iloczynem długości fali i częstotliwości uzyskamy prędkość światła. Dokładny pomiar średnicy wnęki rezonansowej pozwala określić dokładną długość fali rezonansowej, podczas gdy średnicę wnęki można dokładnie zmierzyć metodami interferometrycznymi, częstotliwość elektromagnetyczną można dokładnie określić krok po kroku metodą różnicowej częstotliwości. Eisena proponowaną przez niego metodą wyznaczania prędkości światła dla 299792,5 s 1 km na sekundę, dokładność pomiaru 10-7.
5. Pomiar laserowy
W 1972 roku Narodowy Instytut Standardów i Technologii (NIST) w Boulder w stanie Kolorado w USA wykorzystał interferometrię laserową do określenia prędkości światła, uzyskując c=299792456.2±1,1 m/s i uzyskując dokładność pomiaru aż do 10-9, czyli 100 razy dokładniej niż poprzedni pomiar. Ponieważ podobne eksperymenty dały podobne wartości prędkości światła, 17. Międzynarodowa Konferencja Miar i Wag w 1983 r. zaleciła jako wartość prędkości światła 299792458 m/s.
Chronologia obrazu pomiarów prędkości światła
Prędkość światła podróżowała przez ponad 300 lat pomiarów i w końcu została sfinalizowana. W trakcie badań naukowcy doskonale połączyli teorię z praktyką, obliczeniami i pomiarami, w wyniku czego ostatecznie uzyskali dokładną wartość prędkości światła.
Określenie prędkości światła nie tylko wpływa na definicję jednostki „metr”, ale także pomaga w dalszych badaniach. Jednostki standardowe, takie jak prędkość światła i „metr”, mogą wydawać się banalne, ale są świadkami postępu cywilizacji ludzkiej. Nauka nie ma granic, a podróż ludzkości w celu odkrywania świata dopiero się rozpoczęła.
