Как се измерва скоростта на светлината

2024 Автор: Sherilyn Boyd | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 09:37

Скоростта на светлината във вакуум е "точно 299,792,458 метра в секунда". Причината, която днес можем да дадем на точната цифра, е, че скоростта на светлината във вакуум е универсална константа, която е измерена с лазери; и когато един експеримент включва лазери, е трудно да се спори с резултатите. Що се отнася до причината, поради която излиза известно като цяло число, това не е съвпадение - дължината на метъра се определя като се използва тази константа: "дължината на пътя, изминат от светлината във вакуум по време на интервал от 1 / 299,792,458 от секундата."

Преди няколко стотици години общо взето се договорихме или поне приехме, че скоростта на светлината е безкраен, когато в действителност това е просто наистина, наистина, много бързо - за справка, скоростта на светлината е просто малко по-бавна от най-бързата нещо в известната вселена - време за реакция на тийнейджърка, ако Джъстин Бийбър каза на Twitter: "Първата, която ще отговори на това чудо ще бъде моята нова приятелка".

Първият известен човек, който оспорва цялата "скорост на светлината е безкраен", беше философът Емпедокъл от 5 в. Пр. Хр. По-малко от един век по-късно Аристотел не би се съгласил с "Емпедокъл" и аргументът продължи повече от 2000 години след това.

Един от първите видни личности, които всъщност излязоха с осезаем експеримент, за да проверят дали светлината има скорост, беше Холандският учен Исак Бейкман през 1629 г. Въпреки че живее във време преди лазерите - което ме кара да мисля за студени тръпки - Бейкман разбра, че, липсващи лазери, основата на всеки добър научен експеримент винаги трябва да включва експлозии от някакъв вид; По този начин експериментът му включва детониращ барут.

Бекекман постави огледала на различни разстояния от експлозията и попита наблюдателите дали могат да видят каквито и да било разлики, когато светкавицата, отразена от всяко огледало, достига до очите им. Както може би предполагате, експериментът е бил "Неубедителни".

Подобен по-известен експеримент, който не включва експлозии, вероятно е бил проведен или най-малкото предложен от Галилео Галилей малко след десетилетие по-късно през 1638 г. Галилео, подобно на Бейкман също подозираше, че скоростта на светлината не е безкраен и прави препратки на експеримент, включващ фенери в част от неговата работа. Неговият експеримент (ако изобщо го е извършил) включваше поставянето на два фенера на разстояние една километър и се опитваше да види дали има забележимо изоставане между двете; резултатите бяха неубедителни. Единственото нещо, което Галилео би могло да предположи, е, че ако светлината не беше безкрайна, тя беше бърза и опитите в такъв малък мащаб бяха склонни да се провалят.

Едва когато датският астроном, Оле Ромер влезе в разпадането, че измерванията на скоростта на светлината стават сериозни. В един експеримент, който прави Галилео мигащи фенери на хълм, изглеждат като проект за наука за началното училище, Рьомер реши, че без лазери и експлозии експериментът винаги трябва да включва космическо пространство. По този начин той основава своите наблюдения върху движението на самите планети, като обявява своите първокласни резултати на 22 август 1676 г.

По-конкретно, докато изучавал един от спътниците на Юпитер, Рьомер забелязал, че времето между затъмненията ще варира през годината (въз основа на това дали Земята се движи към Юпитер или далеч от него). Любопитен за това, Рьомър започна да прави внимателни бележки за времето, което I0 (луната, която той наблюдаваше) щеше да види и как се свързваше с времето, което обикновено се очакваше. След известно време Рьомър забеляза, че когато Земята обикаляше около слънцето и на свой ред се отдалечи от Юпитер, времето, през което Йо щяло да се появи, щеше да изостане от очакваното време, записано в бележките му. Рьомер (правилно) теоретизира, че това е така, защото светлината, отразена от Йо, не пътуваше мигновено.

За съжаление точните изчисления, които използваше, бяха изгубени в Копенхагенския огън от 1728 г., но ние доста добре отразяваме нещата от новините, които покриват неговото откритие, и от други учени около това време, които използват номерата на Рьомер в собствената си работа. Същността на това е, че използвайки куп умни изчисления, включващи диаметъра на орбитите на Земята и Юпитер, Рьомер успя да заключи, че е нужно около 22 минути светлината да премине диаметъра на земната орбита около Слънцето. Кристиаан Хюйгенс по-късно превърна това в по-често срещани числа, показвайки, че според оценката на Рьомер светлината измина около 220 000 километра в секунда. Тази цифра е малко по-малка (около 27% отстъпка) от цифрата, отбелязана в първия параграф, но ние ще стигнем до това за момент.

Когато колегите на Ромер дори почти изразиха съмнения в теорията си за Йо, Рьомер отговори, като спокойно им каза, че затъмнението на Йо на 9 ноември през 1676 г. ще закъснее с 10 минути. Когато дойде времето, подигравателите стояха озадачени, тъй като движението на цялото небесно тяло даде доверие на неговото заключение.

Колегите на Рьомер бяха правилно изненадани от оценката му, тъй като дори и днес неговата оценка на скоростта на светлината се смята за удивително точна, като се има предвид, че е направено 300 години преди съществуването на двата лазера, интернет и конюн О'Брайън коса.Добре, това беше 80 000 километра в секунда твърде бавно, но предвид състоянието на науката и технологиите по онова време, това е забележително впечатляващо, особено като се има предвид,

Още по-невероятно е, че причината, поради която оценката на Рьомер е твърде бавна, се смята, че е по-малко свързана с грешка от негова страна и повече свързана с факта, че общоприетият диаметър на орбитите на Земята и Юпитер е бил изключен Рьомер направи изчисленията си. Значи да, Römer греши само защото друг хората не бяха толкова страхотни в науката, колкото и той. Всъщност, ако сложите правилните номера на орбита в това, което се смята за първоначалното му изчисление от докладите, преди документите му да бъдат унищожени в гореспоменатия огън, оценката му е почти на място.

Така че, въпреки че той е технически погрешен и въпреки че Джеймс Брадли дойде с по-точен брой през 1729 г., Römer ще слезе в историята като човек, който първо доказа, че скоростта на светлината не е безкраен и е изработил достатъчно уместен фиш за каква точно е скоростта, като наблюдава движението на петно, обикалящо около огромна топка газ, разположена на около 780 милиона километра. Точно там, госпожи и господа, това е колко зле, без лазери, прави наука.

Бонусни факти:

• Енергията, необходима за спиране на Земята, обикаляща около Слънцето, е около 2,6478 × 10 ^ 33 джаула или 7,3551 × 10 ^ 29 вата или 6,3285 * 10 ^ 17 мега тона TNT. За справка, най-голямата ядрена експлозия, която някога е детонирала (Цар Бомба от Съветския съюз) "само" е произвела 50 мегатона енергия от TNT. Така че ще са необходими около 12 657 000 000 000 000 от тези ядрени бомби, които са били взривени на правилното място, за да се спре Земята от орбита около слънцето.
• Освен дебатите за това дали скоростта на светлината е безкраен или не, един общ дебат през цялата история е дали светлината произлиза от самия око или от нещо друго. Сред известните учени да вярват в теорията за "светлината, излъчвана от окото", са Птолемей и Евклид. Повечето, които смятат, че тази теория е вярна, също смятат, че скоростта на светлината трябва да е безкраен, защото в мига, в който отваряме очите си, можем да видим огромно количество звезди в нощното небе и този брой не се увеличава колкото повече гледаме, ние преди това гледахме ярка светлина и очите ни се приспособяват към тъмнината.