История открытия скорости света


Совсем недавно Лента.ру сообщила, что ученые из Женевы провели самый масштабный и точный на сегодняшний день опыт по измерению скорости взаимодействия спутанных (entangled) фотонов. Эта статья вызвала бурную реакцию читателей. Для того, чтобы пояснить представленные в статье факты было решено написать подробный комментарий на эту тему.

Квантовая запутанность

Для начала напомним несколько основных аспектов теории.

Основным объектом, которым оперирует квантовая механика, является волновая функция. Она характеризует вероятность нахождения квантового объекта в том или ином состоянии. Одним из основных отличий квантовой механики от обычной является то, что наблюдатель, проводя измерения, всегда воздействует на изучаемый объект. С точки зрения квантовой механики до измерения объект находится одновременно во всех состояниях сразу. При измерении состояния происходит схлопывание (коллапс) волновой функции, и объект переходит в некоторое конкретное состояние – теряет неопределенность.


Хорошим примером служит так называемый кот Шредингера. Представим, что у нас имеется кот, которого поместили в темный ящик. Помимо кота туда же установлено устройство, которое с вероятностью 50 процентов через минуту выпускает в ящик отравленный газ. Через минуту кота можно смело считать квантовым объектом. Он одновременно находится в двух состояниях – жив и мертв с вероятностью 50 процентов в каждом. Когда ящик откроют, то есть проведут измерение, неопределенность разрушится, и станет точно известно, что случилось с котом.

Явление запутывания означает, что характеристики частиц, входящих в состав квантовой системы, находятся в зависимости друг от друга. Чтобы понять, как работает запутывание, снова обратимся к котам и ящикам. Возьмем два идентичных ящика и в один из них поместим кота. Ящики отправим друзьям авиапочтой: один в Калининград, другой – во Владивосток. При этом получатели не знают, есть ли в их посылке кот. Ящики в данном случае являются квантовыми объектами. Можно считать, что оба ящика содержат по коту с вероятностью 50 процентов. Однако, когда один из ящиков, например, в Калининграде откроют, и волновая функция одного из объектов схлопнется к конкретному значению, то это автоматически приведет к схлопыванию второй функции. Если кота обнаружили в Калининграде, то его точно нет во Владивостоке и наоборот.

Возражения Эйнштейна

В 1935 году Альберт Эйнштейн вместе с Борисом Подольским и Натаном Розеном публикуют статью «Может ли описание мира квантовой механикой считаться завершенным?» (Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?), в которой излагают последовательную критику этой науки.


статье были сформулированы критерии, по которым следовало судить о произвольной физической теории. Под «завершенностью» авторы понимали такое состояние теории, что всякий объект из реального мира находит в ней свое отражение (при этом существование реального мира, не зависящего от наблюдателя, постулируется). Прибегнув к некоторому умозрительному эксперименту, ученые доказывали, что квантовая механика не может считаться «полной».

В основе эксперимента лежало явление квантовой запутанности, а в основе аргументации – принцип локальности, который утверждает, что событие, произошедшее в некоторой точке системы, не может одновременно сказаться на всей системе.

Возникающие противоречия Эйнштейн объяснял несовершенством аппарата квантовой механики. Он считал, что эта наука является аппроксимацией более совершенной теории, которая уже не содержит таких «несуразностей», как запутанность, которую он называл «пугающим действием на расстоянии».

Легко видеть, что аргументация не была в достаточной мере математизирована: в ней на равных использовалось явление запутанности, хорошо описываемое математически, и понятие более совершенной теории. А если нет математического аппарата, то невозможно опытным путем проверить выполняется тезис или нет.


Возражения возражениям

Сначала физики пытались подвести математический аппарат под философский аргумент Эйнштейна про более совершенную теорию. Результатом этих попыток стала теория так называемых локальных скрытых переменных. Эти таинственные переменные сообщают частицам как себя вести при измерении. Тут уместно будет снова вернуться ненадолго к котам и ящикам. Роль скрытых переменных в случае с посылками в Калининград и Владивосток играли мы, поскольку нам было известно, в каком ящике кот есть. Никакой неопределенности для нас не существовало.

Достаточно быстро ученые установили, что если дополнительные переменные есть, то их должно быть бесконечно много. В 1964 Джон Белл сформулировал так называемые локальные неравенства, которые получили название неравенств Белла. Оказалось, что в случае наличия скрытых локальных переменных квантовая система не может вести себя произвольным образом. Беллу удалось оценить степень корреляции – численную величину, которая описывает то, насколько сильно взаимосвязаны частицы для некоторых квантовых систем, в частности для запутанных фотонов. Оказалось, что эта величина не может превышать 0,71.

Достаточно быстро выяснилось, что экспериментальные данные противоречат этим неравенствам. Первые подобные тесты (тесты Белла) были выполнены Фридманом и Клаузером в 1972 году. В последовавшей за тестом работе ученые формулировали так называемую теорему о нелокальности, которая утверждает, что всякое изменение объектов входящих в квантовую систему влияет на ее общую эволюцию.


С тех пор было проведено достаточно много тестов Белла. Самыми популярными объектами для них стали фотоны. Это связано с тем, что запутать пару фотонов достаточно просто. Однако вскоре появилась критики подобных экспериментов. Экспериментаторы признают, что возможности теоретических ошибок существуют, но при этом утверждают, что в ближайшие годы стоит ожидать идеального теста Белла, который раз и навсегда решит вопрос с локальностью.

Эксперимент Белла Университета Женевы

Эксперимент, поставленный физиками из Университета Женевы, является очередным шагом на пути к идеальному эксперименту. Напомним, в чем он заключался.

Итак, в лаборатории университета создавалась пара запутанных фотонов. Эти фотоны разделяли, и посылали в две близлежащие деревни Жюсси (Jussy) и Саньи (Sagny), одна из которых находится к востоку, а другая к западу от Женевы. Город находится почти в середине отрезка, соединяющего эти два населенных пункта. Общая длина пути составляет около 18 километров.

Физики в Жюсси и Саньи фотоны получали и измеряли один из параметров – их энергию. После этого считали показатель корреляции. Его значение оказалось в пределах от 0,8 до 0,95 – больше ограничения (0,71), накладываемого неравенством Белла. Большое расстояние было необходимо для того, чтобы исключить эффект локальной запутанности – то есть предположения, что коллапс волновых функций не является одновременным, а происходит в результате того, что одна частица сообщает другой о факте измерения.


Новые результаты швейцарских ученых позволили оценить скорость взаимодействия двух спутанных фотонов. Она оказалась в десятки тысяч раз больше скорости света. Сами ученые считают, что это связано с иными свойствами пространства-времени в механике. По словам физиков, подобное сверхбыстрое взаимодействие совершенно не противоречит классической теории относительности. Напомним, что согласно этой теории, информация (взаимодействие) не может распространяться быстрее скорости света. В рамках запутанности не происходит передачи информации в классическом понимании. Таким образом, признавая существование квантовых эффектов, мы, пользуясь терминологией Эйнштейна, вынуждены заключить, что теория относительности не является «полной».

Сами авторы опыта также не скрывают того факта, что современная теория не в состоянии объяснить механизмы некоторых квантовых взаимодействий. Исследователи считают, что это связано с нашим примитивным пониманием пространства и времени. Практические работы в этом направлении, однако, ведутся. Недавно ученым сначала удалось уменьшить квантовую неопределенность, а потом обратить процесс схлопывания волновой функции

Многоликие кванты

Хочется отметить еще одну вещь. Существует несколько интерпретаций квантовой механики, некоторые из которых кажутся совершенно экзотическими. При этом математический аппарат разных механик схож – отличается то, каким образом результаты описывают окружающую действительность. При этом вопрос интерпретации – это в первую очередь философский вопрос. Наиболее сложными являются объяснения коллапса волновой функции и квантовой запутанности.


Например, существует теоретическая основа называемая формализмом фон Неймана. Немного изменив интерпретацию аксиом, можно добиться того, что явление запутанности не влечет за собой теорему Фридмана-Краузера о нелокальности. Кроме этого не сдаются люди, поддерживающие теорию скрытых локальных переменных. Например, предлагается добавить к переменным так называемое скрытое время. По словам создателей, это позволит решить многие проблемы, присущие квантовой механике, и для подобной теории не будут выполняться неравенства Белла. Непонятно, правда, не вызовет ли скрытое время появление еще более глобальных проблем.

В заключение необходимо напомнить, что со времени публикации работы Эйнштейна прошло более 70 лет, а физики до сих пор не пришли к единому мнению: есть локальность, или ее нет.

Источник: lenta.ru

Географические координаты — это две числовые величины. Широта и долгота. С широтой все относительно просто: надо измерить высоту над горизонтом какого-то известного нам светила. В Северном полушарии это, скорее всего, будет Полярная звезда, в Южном — одна из звезд Южного Креста. Днем широту можно определить по Солнцу, но погрешность при этом существенно больше — светило имеет довольно большой размер, за ним сложно следить из-за яркости, а границы его видимого диска размываются под действием земной атмосферы. Тем не менее, это относительно несложная задача.


Который час?

С долготой гораздо заковыристее. Земля вращается вокруг своей оси и узнать, где мы находимся, можно, зная точное время в этой точке, и время в каком-то месте, долгота которого нам известна. В литературе обычно пишут «нулевой меридиан», это, в общем-то, правильно, поскольку речь идет о том же самом. Если с местным временем все достаточно просто, то с нулевым меридианом гораздо сложнее.

Часов, способных показывать точное время того места, откуда их увезли, в эпоху Великих географических открытий еще не было. Тогда высокоточной техникой считался часовой механизм, оснащенный минутной стрелкой. Первые хронометры, пригодные для определения долготы, появились в середине XVIII века, а до этого мореплавателям приходилось обходиться как-то иначе.

История открытия скорости света

Самым старым теоретически проработанным способом был метод лунных расстояний, предложенный немецким математиком Иоганном Вернером в 1514 году.


 основывался на том, что Луна довольно быстро движется по ночному небосводу и, измеряя при помощи специального прибора — поперечного жезла — ее смещение относительно каких-то известных звезд, в принципе можно установить время. Практическая реализация метода Вернера оказалась очень сложной и в навигации он заметной роли так и не сыграл.

В 1610 году Галилео Галилей открыл четыре наиболее крупных спутника Юпитера. Это было крупным научным событием — в пределах возможностей тогдашней наблюдательной астрономии отыскалось еще одно, помимо Земли, небесное тело, вокруг которого вращались собственные спутники. Но самым важным для современников было то, что движение этих спутников можно было одновременно и одинаково наблюдать из всех точек Земли, где в этот момент виден Юпитер.

Уже в 1612 году Галилей предложил определять точное время, а значит — и долготу, по движению Ио, одного из четырех спутников Юпитера. Он имеет много замечательных особенностей, о которых Галилей, конечно, не знал, но, самое главное, — его относительно несложно наблюдать. Выясняя, когда он вошел в тень планеты, можно было точно установить время.

Но, первые же попытки составить таблицы затмений Ио (и других галилеевых спутников) выявили, что это время непостижимым для науки той эпохи образом смещалось. Причины оставались непонятными три четверти века.


Сын купца

Оле Рёмер (Ole Christensen Rømer) родился в семье датского купца в 1644 году. Сведения о его молодости отрывочны — он не был родовит, а персональная известность к нему придет существенно позже.

Известно, что он окончил Копенгагенский университет, и, видимо, был заметен интеллектом. В 1671 Рёмер переехал в Париж, стал сотрудником Кассини и очень скоро был избран в Академию наук — тогда это собрание ученых людей было менее элитарным, чем впоследствии.

Оле Рёмер Оле Рёмер

Под конец века он вернулся в Данию, продолжал быть практикующим астрономом и умер там в 1710 году. Но это все будет потом.

Она конечна!

А в 1676 году он предложил незамысловатые, по нынешним временам, вычисления, обессмертившие его имя.

Суть дела проста. Юпитер находится от Солнца примерно впятеро дальше, чем Земля. Один оборот вокруг Солнца он совершает примерно за 12 земных лет (мы округляем цифры для простоты). Это значит, что за полгода с небольшим расстояние от Юпитера до Земли изменится примерно на треть. И это более-менее соответствует наблюдаемой разнице времен затмений галилеевых спутников.


Ио в наши дни Ио в наши дни

Нам сейчас очень несложно понять логику этого рассуждения, но в XVII веке было принято думать, что скорость света бесконечна. А Рёмер предположил, что это не так.

По его расчетам, скорость света была равна примерно 220 тысячам километров в секунду, что на четверть ниже значения, установленного в наши дни. Но, для XVII века это было, по меньшей мере, неплохо.

Потом выяснится, что все не так просто и через два века Лаплас учтет гравитационное влияние спутников друг на друга, но это уже совсем другая история.

Существенной роли в географических открытиях идея Рёмера не сыграла. Наблюдать спутники Юпитера в телескоп, установленный на борту корабля, было, из-за качки, практически невозможно. А в середине XVIII века были разработаны первые хронометры, пригодные для определения долготы.

Источник: www.PopMech.ru

Задумывались ли вы когда-нибудь, почему скорость света максимальна, конечна и постоянна в нашей Вселенной? Это весьма интересный вопрос, и сразу, в качестве спойлера, выдам страшную тайну ответа на него — никто точно не знает, почему. Скорость света берется, т.е. мысленно принимается за константу, и на этом постулате, а так же на идее, что все инерциальные системы отсчета равноправны Альберт Эйнштейн построил свою специальную теорию относительности, которая вот уже сто лет выводит ученых из себя, позволяя Эйнштейну безнаказанно показывать миру язык и ухмыляться в гробу над размерами свиньи, которую он подложил всему человечеству.

Но почему, собственно, она такая постоянная, такая максимальная и такая конечная ответа так и нет, это лишь аксиома, т.е. принятое на веру утверждение, подтверждаемое наблюдениями и здравым смыслом, но никак ниоткуда логически или математически не выводимое. И вполне вероятно, что не такое уж и верное, однако никто до сих пор не смог его опровергнуть ни каким опытом.

У меня есть свои соображения на этот счет, о них попозже, а пока по простому, на пальцах™ попытаюсь ответить хотя бы на одну часть — что значит скорость света «постоянна».

Нет, я не буду грузить вас мысленными экспериментами, что будет если в ракете, летящей со скоростью света, включить фары и т.д., сейчас немного не об этом.

Если вы посмотрите в справочнике или википедии, скорость света в вакууме определена как фундаментальная физическая константа, которая точно равна 299 792 458 м/с. Ну, то есть если говорить примерно, то это будет около 300 000 км/с, а вот если прям точно — 299 792 458 метров в секунду.

Казалось бы, откуда такая точность? Любая математическая или физическая константа, что ни возьми, хоть Пи, хоть основание натурального логарифма е, хоть гравитационная постоянная G, или постоянная Планка h, всегда содержат какие-то цифры после запятой. У Пи этих знаков после запятой на сегодняшний момент известно около 5 триллионов (хотя какой-бы то ни было физический смысл, как вы помните, имеют только первые 39 цифр), гравитационная постоянная сегодня определена как G ~ 6,67384(80)x10-11, а постоянная Планка h ~ 6.62606957(29)x10-34.

Скорость же света в вакууме составляет ровно 299 792 458 м/с, ни сантиметром больше, ни наносекундой меньше. Хотите узнать, откуда такая точность?

Тогда добро пожаловать далее.

Началось все как обычно с древних греков. Науки, как таковой, в современном понимании этого слова, у них не существовало. Философы древней Греции потому и назывались философами, ибо сначала выдумывали какую-то хрень у себя в голове, а потом при помощи логических умозаключений (а иногда и реальных физических опытов) пытались доказать ее или опровергнуть. Однако использование реально существующих физических измерений и феноменов считались у них доказательствами «второго сорта», которые не идут ни в какое сравнение с первосортными логическими выводами получаемыми умозаключениями прямо из головы.

Первым, кто задумался о существовании у света собственной скорости, считают философа Эмпидокла, который заявлял, что свет есть движение, а у движения должна быть скорость. Ему возражал Аристотель, который утверждал, что свет это просто присутствие чего-то в природе, и все. И ничего никуда не движется. Но это еще что! Эвклид с Птолемеем так те вообще считали, что свет излучается из наших глаз, а потом падает на предметы, и поэтому мы их видим. Короче древние греки тупили как могли, покуда их не завоевали такие же древние римляне.

В средние века большинство ученых продолжали считать, что скорость распространения света бесконечна, среди таковых были, скажем, Декарт, Кеплер и Ферма.

Но некоторые, например Галилей, верили, что у света есть скорость, а значит ее можно измерить. Широко известен опыт Галилея, который зажигал лампу и светил помощнику, находящемуся от Галилея в нескольких километрах. Увидев свет, помощник зажигал свою лампу, и Галилей пытался измерить задержку между данными моментами. Естественно у него ничего не получалось, и в конце концов он вынужден был написать в своих сочинениях, что если у света есть скорость, то она чрезвычайно велика и не поддается измерению человеческими усилиями, а посему можно считать ее бесконечной.

Первое документальное измерение скорости света приписывается датскому астроному Олафу Ремеру в 1676м году. К этому году астрономы, вооруженные подзорными трубами того самого Галилея, вовсю наблюдали за спутниками Юпитера и даже вычислили периоды их вращения. Ученые определили, что ближайший к Юпитеру спутник Ио имеет период вращения примерно 42 часа. Однако Ремер заметил, что иногда Ио появляется из-за Юпитера на 11 минут раньше положенного времени, а иногда на 11 минут позже. Как оказалось, Ио появляется раньше в те периоды, когда Земля, вращаясь вокруг Солнца, приближается к Юпитеру на минимальное расстояние, и отстает на 11 минут тогда, когда Земля находится в противоположном месте орбиты, а значит находится от Юпитера дальше.

Тупо поделив диаметр земной орбиты (а он в те времена был уже более-менее известен) на 22 минуты Ремер получил скорость света 220 000 км/с, примерно на треть не досчитавшись до истинного значения.

В 1729м году английский астроном Джеймс Бредли, наблюдая за параллаксом (небольшим отклонением местоположения) звезды Этамин (Гамма Дракона) открыл эффект аберрации света, т.е. изменение положения на небосклоне ближайших к нам звезд из-за движения Земли вокруг Солнца.

Из эффекта аберрации света, обнаруженного Бредли, так же можно вывести, что свет имеет конечную скорость распространения, за что Бредли и ухватился, вычислив ее равной примерно 301 000 км/с, что уже в пределах точности 1% от известной сегодня величины.

Затем последовали все уточняющие измерения другими учеными, но так как считалось, что свет есть волна, а волна не может распространяться сама по себе, нужно чтобы что-то «волновалось», возникла идея существования «светоносного эфира», обнаружение которого с треском провалил американский физик Альберт Майкельсон. Никакого светоносного эфира он не обнаружил, но в 1879м году уточнил скорость света до 299 910±50 км/с.

Примерно в это же время Максвелл публикует свою теорию электромагнетизма, а значит скорость света стало возможно не только непосредственно измерять, но и выводить из значений электрической и магнитной проницаемости, что и было сделано уточнив значение скорости света до 299 788 км/с в 1907м году.

Наконец Эйнштейн заявил, что скорость света в вакууме — константа и не зависит вообще ни от чего. Наоборот, все остальное — сложение скоростей и нахождение правильных систем отсчета, эффекты замедления времени и изменения расстояний при движении с большими скоростями и еще множество других релятивистских эффектов зависят от скорости света (потому что она входит во все формулы в качестве константы). Короче, все в мире относительно, а скорость света и есть та величина, относительно которой относительны все остальные вещи в нашем мире. Тут, возможно, следует отдать пальму первенства Лоренцу, но не будем меркантильны, Эйнштейн так Эйнштейн.

Точное определение значения этой константы продолжалось весь 20й век, с каждым десятилетием ученые находили все больше цифр, после запятой в скорости света, покуда в их головах не начали зарождаться смутные подозрения.

Все более и более точно определяя, сколько метров в вакууме свет проходит за секунду, ученые начали задумываться, а что это мы все в метрах-то меряем? Ведь в конце концов, метр это просто длина какой-то платино-иридиевой палки, которую кто-то забыл в неком музее под Парижем!

А поначалу идея введения стандартного метра казалась великолепной. Чтобы не мучаться с ярдами, футами и прочими косыми саженями, французами в 1791м году было решено принять за стандартную меру длины одну десятимиллионую часть расстояния от Северного Полюса до экватора по меридиану, проходящему через Париж. Измерили это расстояние с точностью, доступной на то время, отлили палку из платино-иридиевого (точнее сначала латунного, потом платиного, а уж потом платино-иридиевого) сплава и положили в эту самую парижскую палату мер и весов, как образец. Чем дальше, тем больше выясняется, что земная поверхность меняется, материки деформируются, меридианы сдвигаются и на одну десятимиллионую часть забили, а стали считать метром именно длину той палку, что лежит в хрустальном гробу парижского «мавзолея».

Такое идолопоклонничество не к лицу настоящему ученому, тут вам не Красная Площадь(!), и в 1960м году было решено упростить понятие метра до вполне очевидного определения — метр точно равен 1 650 763,73 длин волн, испускаемых переходом электронов между энергетическими уровнями 2p10 и 5d5 невозбужденного изотопа элемента Криптон-86 в вакууме. Ну, куда еще яснее?

Так продолжалось 23 года, при этом скорость света в вакууме измерялась со все возрастающей точностью, покуда в 1983м году наконец даже до самых упертых ретроградов дошло, что скорость света и есть самая что ни на есть точная и идеальная константа, а не какой-то там изотоп криптона. И все было решено перевернуть с ног на голову (точнее, если задуматься, решено было все перевернуть как раз таки назад с головы на ноги), теперь скорость света с — истинная константа, а метр это расстояние, которое проходит свет в вакууме за (1 / 299 792 458) секунды.

Реальное значение скорости света продолжает уточняться и в наши дни, но что интересно — с каждым новым опытом ученые не скорость света уточняют, а истинную длину метра. И чем более точно будет найдена скорость света в ближайшие десятилетия, тем более точный метр мы в итоге получим.

А не наоборот.

Ну, а теперь вернемся к нашим баранам. Почему же скорость света в вакууме нашей Вселенной максимальна, конечна и постоянна? Я это понимаю так.

Всем известно, что скорость звука в металле, да и практически в любом твердом теле гораздо выше скорости звука в воздухе. Проверить это очень легко, стоит приложить ухо к рельсе, и можно будет услышать звуки приближающегося поезда гораздо раньше, чем по воздуху. Почему так? Очевидно, что звук по сути, один и тот же, и скорость его распространения зависит от среды, от конфигурации молекул, из которых эта среда состоит, от ее плотности, от параметров ее кристаллической решетки — короче от текущего состояния того медиума, по которому звук передается.

И хотя от идеи светоносного эфира давно уже отказались, вакуум, по которому происходит распространение электромагнитных волн, это не совсем прям абсолютное ничто, каким бы пустым он нам не казался.

Я понимаю, что аналогия несколько притянута за уши, ну так ведь на пальцах™ же! Именно в качестве доступной аналогии, а ни в коей мере не как прямой переход от одного набора физических законов к другим, я лишь прошу представить, что в четырехмерную метрику пространства-времени, которую мы по доброте душевной называем вакуумом, вшита скорость распространения электромагнитных (и вообще любых, включая глюонные и гравитационные) колебаний, как в рельсу «вшита» скорость звука в стали. Отсюда и пляшем.

UPD: Кстати говоря, «читателям со звездочкой» предлагаю пофантазировать, остается ли скорость света постоянной в «непростом вакууме». Например считается, что при энергиях порядка температуры 1030К, вакуум прекращает просто кипеть виртуальными частицами, а начинает «выкипать», т.е. ткань пространства разваливается на куски, планковские величины размываются и теряют свой физический смысл и т.д. Будет ли скорость света в подобном вакууме все еще равняться c, или это положит начало новой теории «релятивистского вакуума» с поправками вроде лоренцевских коэффициентов при экстремальных скоростях? Не знаю, не знаю, время покажет…

Источник: sly2m.livejournal.com

В древности большинство ученых полагало, что скорость света не имеет предела, и он может мгновенно путешествовать на любое расстояние. Так кто же определил скорость света первым?

kto-opredelil-skorost-sveta-pervym

Известный физик Галилей был в числе первопроходцев, пытавшихся измерить скорость света. В XVII веке он провел эксперимент. Два человека стояли на значительном расстоянии друг от друга с накрытыми фонарями. Один из них раскрывал фонарь, и после того, как второй видел его свет, он раскрывал свой. Галилео пытался определить время между сигналами фонарей, но попытка оказалась неудачной, потому что дистанция между людьми была слишком маленькой, а свет передвигался слишком быстро, следовательно, его скорость невозможно было измерить.

Около 1676 года астроном Оле Рёмер стал первым ученым, который доказал, что свет движется с определенной скоростью. Он исследовал спутники Юпитера и смог доказать, что затмения на них имели место раньше, чем предполагалось, то есть когда Земля была ближе к Юпитеру, и, соответственно, дольше, когда она была на большем расстоянии.

Позже множество ученых работали над расчетами скорости, используя более современные методы, и пришли к довольно точным цифрам. В 1849 году физик из Франции Ипполит Физо предпринял попытку неастрономического измерения, используя метод, который включал отправку светового луча, отражающегося в зеркале, находящемся на большом расстоянии.

Одна из первых точных цифр была определена физиком Альбертом Майкельсоном в первой трети XX века. Он проводил эксперименты, используя многогранное зеркальное устройство в Южной Калифорнии. В 1983 году международный комитет мер и весов официально установил скорость света в вакууме, которая используется физиками по сей день. Она составляет 299792458 м/с – это скорость, с которой можно обогнуть Землю целых 7,5 раз за секунду. Надеюсь, теперь вы знаете, кто определил скорость света первым! =)

Источник: blogtimt.ru

Космические часы 17 века

Галилей предложил использовать открытые им спутники Юпитера, как космические часы. С Земли можно наблюдать, как спутники заходят в тень планеты, или выходит из неё. Если заранее рассчитать, когда это должно происходить, то позже, наблюдая эти явления, можно определить текущее время. Астроном Джованни Кассини успешно применял этот метод. Например к концу 17 века, те самые архивы данных Тихо Браге захотели сравнить с данными других астрономов. Но оказалось, что для этого придется уточнить положение самой обсерватории Ураниборг, откуда и наблюдал Браге.

Для этого туда отправляется французский астроном Жан Пикар. К нему уже на месте, присоединяется талантливый выпускник копенгагенского университета Оле Рёмер. Кассини в Париже и Пикар с Рёмером в Ураниборге, наблюдали одни и те же затмения Ио — ближайшего к Юпитеру спутника. Затмения происходят примерно каждые 42,5 часа. Каждый отмечал точное время затмения относительно местного полудня. После этого результаты сравнили, и таким образом вычислили разницу в долготе между Парижем и Ураниборгом с большой точностью. Для этого, за несколько месяцев, Пикар с Рёмером наблюдали больше сотни затмений Ио.

Французскому астроному так понравился его новый ученик, что он взял его с собой во Францию, работать вместе с Кассини в парижской обсерватории. Там Рёмер продолжал наблюдать и анализировать затмения Ио, вместе со своими именитыми коллегами. Он даже стал членом академии наук. Еще за несколько лет до этого, Кассини заметил несоответствия в результатах измерений. Сначала он даже подумал, что это связано с тем, что свет имеет конечную скорость. Эта мысль в то время, была весьма радикальной. Скорость света настолько огромная, что тогда её считали бесконечной.

Как измерили скорость света

Рёмер прибыл в Париж. Изучил данные Кассини, затем результаты собственных наблюдений и установил, что время между затмениями Ио уменьшалось, когда Земля приближалась к Юпитеру, и увеличилась когда она от него отдалялась. Это предположение действительно кажется очень логичным, но в то время это было настолько новой и необычной идеей, что принять её было непросто. Кассини и Пикар отказались от этого объяснения. Скорее всего, как раз отсутствие их поддержки привело к тому, что у людей нет нормально документированных результатов трудов Рёмера в этом направлении.

В конце 1676 года Рёмер выступил во французской академии наук, с докладом о своей теории и некоторыми доказательствами из наблюдений. Единственным документом с той презентации, стала статья анонимного репортера во французском научном журнале. К сожалению репортер судя по всему, из выступления ничего не понял. Поэтому статья совсем не точно отражает выступление Рёмера.

Суть работы конечно же сейчас известна. Оле Рёмер посчитал, что свет должен пролетать радиус орбиты земли примерно за 10-11 минут. Сейчас мы знаем, что это 8,3 минуты. В то время даже расстояние между Солнцем и Землей было известно только с большой погрешностью. Так что в целом, точность всех измерений была не настолько велика, чтобы наличие у света скорости сразу же бросалось в глаза.

Этим и объясняется 25-процентная ошибка в вычислениях Рёмера. Тем не менее, его теория стала довольно быстро набирать сторонников, в том числе самого Исаака Ньютона, который кстати почти ровесник Рёмера. Но окончательно убедились в конечности скорости света, лишь спустя 50 лет. Её измерили другим способом, с помощью аберрации, но это уже другая история.

Немного об Оле Рёмере

Рёмер прожил в Париже 10 лет, после чего вернулся в Данию уже знаменитым ученым. Он сразу стал профессором астрономии в родном копенгагенском университете и королевским математиком. Там он разработал национальную систему мер и весов. Убедил короля перейти на григорианский календарь.

Однажды он сломал ногу. Будучи прикованным к постели он решил не терять время зря и разработал одну из первых температурных шкал. Так уж случилось, что после этого к нему в гости заходил молодой сын польского купца, по имени Даниэль Фаренгейт. Фаренгейт впоследствии адаптировал шкалу Рёмера в те градусы, которые мы знаем и сегодня.

Под конец жизни Оле Рёмер принимал активное участие в жизни Копенгагена. Вёл там первые уличные фонари и даже стал главой городской полиции. Этот пост он сохранял до своей смерти в 1710 году. На стене парижской обсерватории, до сих пор есть памятная табличка о том, что в ее стенах Оле Рёмер в 1676 году, открыл скорость света.

Конечно позднее точность измерений этой величины повышали все больше и больше. Сейчас дошло до того, что само определение метра, а значит и всех расстояний в мире, основывается на скорости света. Современный мир просто невозможно представить без этого значения. Такова история открытия скорости света и выдающегося датского ученого.

Источник: isrscience.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.