Как измерили скорость света


История содержит множественные примеры того, как измеряли скорость света. Изначально, изучая лунные затмения, ученые сделали вывод, что свет перемещается на любые расстояния мгновенно, ведь разницы во времени между изменением положения Земли и Луны, тени от затмения люди того времени не замечали. Галилео Галилей засомневался в подобных выводах. Скорость света он хотел измерить в ходе специального опыта, когда вдали открывали и закрывали фонарь, а ученый фиксировал изменения. По причине большой скорости света, несовершенных приборов измерения, малого количества километров этот опыт был обречен на неудачу. Рассмотрим успешные примеры, как измеряли скорость света, начиная с 17 века.

Как впервые успешно измеряли скорость света

Как измерили скорость светаУченый О. Ремер детально изучал скорость света, измерение которой стало его целью. В 1676 году он замерил промежутки времени между затмениями спутников Юпитера. Его значение уменьшалось по мере того, как становилось меньшим расстояние между этой планетой и Землей. По догадке О. Ремера это происходило по причине изменения расстояния между ними, ведь свету нужно было проходить меньшее количество километров. Расчеты О. Ремера показали, что скорость равна 214000 км/с. Этот результат далек от идеального, но в те времена точное расстояние до звезд или планеты еще не умели вычислять.


Как измерили скорость светаДж. Брэдли оценивал скорость света, с помощью изучения изменения расположения звезд на ночном небе вследствие движения нашей планеты вокруг Солнца. Изучив абберацию, быстроту движения планеты вокруг светила, он получил значение, равное 301000 км/с.

Скорость света измеряли не только глядя в небо

В течение 1849 года А. Физо проводил опыты по измерению ее на Земле. Для этого Арман Физо использовал отражение луча от зеркала, которое находилось в восьми километрах от ученого. Как измерили скорость светаВращающееся зубчатое колесо стояло перед источником светового луча, проходящего через зубцы. Темп вращения зубчатого колеса убыстряли, пока отражающейся луч не становился видным в последующем зазоре между зубцами. Измерение длилось год, в итоге ученый получил величину равную 298000 км/с.


Как измерили скорость светаУченый Ж. Фуко усовершенствовал данную методику, применив вместо колеса вращающееся зеркало, это позволило узнать скорость точнее – 297878 км/с. Ученый мог видеть свет лишь, когда это зеркало делало один полный оборот за промежуток между отправкой и возвращением к нему луча.

В 19 веке скорость света измеряли с помощью электромагнетизма по значениям электрической и магнитной проницаемостей. В начале 20 века было получен результат, равный 299788 километра за одну секунду, на долгое время ставший наиболее точным.

Последующие ученые измеряли скорость с помощью коэффициента преломления его в воздухе, что не давало особых результатов.

Как измерили скорость светаЛишь спустя полвека Фрум с помощью микроволнового интерферометра и электрооптического затвора улучшил данный показатель до 299792,5 км/с.

70-80-е годы 20 века подарили миру лазер и цезиевые часы, позволившие получить более точные данные. До данных изобретений точность измерения расстояния (так называемый «эталон метра»), чем при определении скорости света. Теперь скорость света измеряли с точностью до одного километра в секунду. Сегодня это значение равняется 299792458 км/с, измеряли ее с помощью умножения длины волны на частоту лазерного излучения, определенных учеными из Национального института стандартов и технологий.


Источник: reshaemonline.com

Немного истории. Как измеряли скорость света


Большинство ученых древности были убеждены в том, что скорость света бесконечна. Однако результаты исследований Галилея и Гука допускали ее предельность, что наглядно было подтверждено в XVII веке выдающимся датским астрономом и математиком Олафом Ремером.

Свои первые измерения он произвел, наблюдая за затмениями Ио – спутника Юпитера в тот момент, когда Юпитер и Земля располагались с противоположных сторон относительно Солнца. Ремер зафиксировал, что по мере отдаления Земли от Юпитера на расстояние, равное диаметру орбиты Земли, изменялось время запаздывания. Максимальное значение составило 22 минуты. В результате расчетов он получил скорость 220000 км/сек.

Через 50 лет в 1728 году, благодаря открытию аберрации, английской астроном Дж. Брэдли «уточнил» этот показатель до 308000 км/сек. Позже скорость света измерили французские астрофизики Франсуа Арго и Леон Фуко, получив на «выходе» 298000 км/сек. Еще более точную методику измерения предложил создатель интерферометра, известный американский физик Альберт Майкельсон.

Опыт Майкельсона по определению скорости света

Опыты продолжались с 1924 по 1927 год и состояли из 5 серий наблюдений. Суть эксперимента заключалась в следующем. На горе Вильсон в окрестностях Лос-Анжелеса были установлены источник света, зеркало и вращающаяся восьмигранная призма, а через 35 км на горе Сан-Антонио – отражающее зеркало. Вначале свет через линзу и щель попадал на вращающуюся с помощью высокоскоростного ротора (со скоростью 528 об/сек.) призму.


Участники опытов могли регулировать частоту вращения таким образом, чтобы изображение источника света было четко видно в окуляре. Поскольку расстояние между вершинами и частота вращения были известны, Майкельсон определил величину скорости света – 299796 км/сек.

Окончательно со скоростью света ученые определились во второй половине XX века, когда были созданы мазеры и лазеры, отличающиеся высочайшей стабильностью частоты излучения. К началу 70-х погрешность в измерениях снизилась до 1 км/сек. В результате по рекомендации XV Генеральной конференции по мерам и весам, состоявшейся в 1975 году, было решено считать, что скоростью света в вакууме отныне равна 299792,458 км/сек.

Достижима ли для нас скорость света?

Очевидно, что освоение дальних уголков Вселенной немыслимо без космических кораблей, летящих с огромной скоростью. Желательно со скоростью света. Но возможно ли такое?

Барьер скорости света – одно из следствий теории относительности. Как известно, увеличение скорости требует увеличения энергии. Скорость света потребует практически бесконечной энергии.


Увы, но законы физики категорически против этого. При скорости космического корабля в 300000 км/сек летящие навстречу ему частицы, к примеру, атомы водорода превращаются в смертельный источник мощнейшего излучения, равного 10000 зивертов/сек. Это примерно то же самое, что оказаться внутри Большого адронного коллайдера.

По мнению ученых Университета Джона Хопкинса, пока в природе не существует адекватной защиты от столь чудовищной космической радиации. Довершит разрушение корабля эрозия от воздействия межзвездной пыли.

Еще одна проблема световой скорости – замедление времени. Старость при этом станет намного более продолжительной. Также подвергнется искривлению зрительное поле, в результате чего траектория движения корабля будет проходить как бы внутри тоннеля, в конце которого экипаж увидит сияющую вспышку. Позади корабля останется абсолютная кромешная тьма.

Так что в ближайшем будущем человечеству придется ограничить свои скоростные «аппетиты» 10 % от скорости света. Это означает, что до ближайшей к Земле звезды – Проксимы Центавра (4,22 св. лет) придется лететь примерно 40 лет.

Источник: www.techcult.ru

Как измеряют скорость света?

Как измерили скорость света


В 1676 датский астроном Оле Рёмер сделал первую грубую оценку скорости света. Рёмер заметил слабое расхождение в продолжительности затмений спутников Юпитера и сделал вывод, что движение Земли, либо приближающейся к Юпитеру, либо удаляющейся от него, изменяло расстояние, которое приходилось проходить свету, отраженному от спутников.

Измерив величину этого расхождения, Рёмер подсчитал, что скорость света составляет 219911 километров в секунду. В более позднем эксперименте в 1849 году французский физик Арман Физо получил, что скорость света равна 312873 километрам в секунду.

Как показано на рисунке вверху, экспериментальная установка Физо состояла из источника света, полупрозрачного зеркала, которое отражает только половину падающего на него света, позволяя остальному проходить дальше вращающегося зубчатого колеса и неподвижного зеркала. Когда свет попадал на полупрозрачное зеркало, он отражался на зубчатое колесо, которое разделяло свет на пучки. Пройдя через систему фокусирующих линз, каждый световой пучок отражался от неподвижного зеркала и возвращался назад к зубчатому колесу. Проведя точные измерения скорости вращения, при которой зубчатое колесо блокировало отраженные пучки, Физо смог вычислить скорость света. Его коллега Жан Фуко год спустя усовершенствовал этот метод и получил, что скорость света составляет 297 878 километров в секунду. Это значение мало отличается от современной величины 299 792 километров в секунду, которая вычисляется путем перемножения длины волны и частоты лазерного излучения.

Эксперимент Физо


Как измерили скорость света

Как показано на рисунках вверху, свет проходит вперед и возвращается назад через один и тот же промежуток между зубцами колеса в том случае, если оно вращается медленно (нижний рисунок). Если колесо вращается быстро (верхний рисунок), соседний зубец блокирует возвращающийся свет.

Результаты Физо

Как измерили скорость света

Разместив зеркало на расстоянии 8,64 километра от зубчатого колеса, Физо определил, что скорость вращения зубчатого колеса, необходимая для блокирования возвращающегося светового пучка, составляла 12,6 оборотов в секунду. Зная эти цифры, а также расстояние, пройденное светом, и расстояние, которое должно было пройти зубчатое колесо, чтобы блокировать световой пучок (равное ширине промежутка между зубцами колеса), он вычислил, что световому пучку потребовалось 0,000055 секунды на то, чтобы пройти расстояние от зубчатого колеса к зеркалу и обратно. Разделив на это время общее расстояние 17,28 километра, пройденное светом, Физо получил для его скорости значение 312873 километра в секунду.

Эксперимент Фуко

Как измерили скорость света


В 1850 году французский физик Жан Фуко усовершенствовал технику Физо, заменив зубчатое колесо на вращающееся зеркало. Свет из источника доходил до наблюдателя только в том случае, когда зеркало совершало полный оборот на 360° за промежуток времени между отправлением и возвращением светового луча. Используя этот метод, Фуко получил для скорости света значение 297878 километров в секунду.

Финальный аккорд в измерениях скорости света.

Изобретение лазеров дало возможность физикам измерить скорость света с гораздо большей точностью, чем когда либо раньше. В 1972 году ученые из Национального института стандартов и технологии тщательно измерили длину волны и частоту лазерного луча и зафиксировали скорость света, произведение этих двух переменных, на величине 299792458 метров в секунду (186282 мили в секунду). Одним из последствий этого нового измерения было решение Генеральной конференции мер и весов принять в качестве эталонного метра (3,3 фута) расстояние, которое свет проходит за 1/299792458 секунды. Таким образом/скорость света, наиболее важная фундаментальная постоянная в физике, сейчас вычисляется с очень высокой достоверностью, а эталонный метр может быть определен гораздо более точно, чем когда-либо ранее.

 

Источник: Information-Technology.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.