Как посчитали скорость света


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.

Как посчитали скорость света

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

Физические свойства света всегда были важны для науки, однако его скорость было трудно измерить. Свет является самым быстрым известным физическим явлением, поэтому для его измерения потребовалось разработать современное хронометрическое оборудование. Ранние цивилизации, такие как древние греки, пытались количественно оценить свет, но пришли к мнению, что его свойства неизмеримы. Только в 1973 году скорость света в вакууме была принята в значении 299 792 458 метров в секунду (м/с).

Источник изображения: pngtree.com

 Одним из первых наблюдаемых фактов о свете было то, что он был быстрее, чем звук. Когда что-то производило громкий звук вместе с ярким светом, например, выстрел из пушки, то свет всегда доходил до наблюдателя раньше звука. Трудность в количественном определении этой задержки заключалась в огромной разнице в скорости двух явлений и отсутствии точных часов. Звук имеет скорость 331,3 м/с (при температуре 00 ° C, 0% влажности и атмосферном давлении 788 мм рт. ст.), тогда как свет движется со скоростью 299 792 458 м/с. Ранним исследователям казалось, что свет перемещается мгновенно. В течение многих столетий скорость света была философской концепцией. Мнения об этом разделялись: одни считали, что скорость света бесконечна, другие утверждали, что она должна быть конечна и измерима.

Изобретение более точных часов помогло произвести первый реалистичный расчет скорости света. Один из первых экспериментов, дающих приблизительную оценку скорости света провел Оле Кристенсен Ремер в 1676 году.

Способ измерения скорости света Оле Кристенсена Ремера. Источник изображения: www.fizika9kl.pm298.ru

Чтобы измерить скорость света он использовал орбитальное движение луны Юпитера Ио. Когда Юпитер был ближе всего к Земле Ремер зафиксировал точный момент, когда Ио вошел в тень Юпитера и через несколько месяцев сравнил это время со временем вхождения Ио в тень Юпитера, когда Юпитер находился на большем известном расстоянии от Земли. Таким образом, по его расчетам скорость света составила 220 000 000 м/с. В 1728 году эта оценка была улучшена Джеймсом Брэдли, который измерил наблюдаемое движение звезд в разное время по сравнению со скоростью Земли на ее орбите. Его расчет в 298 000 000 м/с был принят как более точная величина.

Способ измерения скорости света Джеймса Бредли. Источник изображения: infourok.ru

По мере увеличения точности часов и улучшения технологий изготовления часовых механизмов стало возможным разделять промежутки времени на более меньшие сегменты. Первая земная мера скорости света появилась в 1849 году, когда Ипполит Физо использовал механический аппарат для измерения скорости света. Он использовал луч света, сфокусированный на зеркале, расположенном на расстоянии нескольких тысяч метров. Заставляя свет проходить сквозь вращающееся зубчатое колесо, он обнаружил, что при определенном повороте свет будет проходить через зубчатое колесо как в прямом, так и в обратном направлениях. Расчет, основанный на комбинации расстояния источника света от зубчатого колеса, количества зубьев зубчатого колеса и скорости вращения зубчатого колеса, обеспечивал скорость 313 000 000 м/с.

Способ измерения скорости света Армана Ипполита Луи Физо. Источник изображения: wmpt.narod.ru

Этот тип эксперимента был позже уточнен с использованием вращающихся зеркал и призмы, в результате в 1926 году скорость света была оценена как 299 796 000 м/с . Для дальнейшего уточнения этого числа потребовалось появление осциллографов с временным разрешением для дальнейшего уточнения этого числа путем измерения задержки светового импульса от лазера или светодиода.


Одним из интересных свойств света является то, что его наблюдаемая скорость снижается, когда он проходит через среду, отличную от вакуума. Преломление света при его переходе из воздуха в воду является видимым проявлением замедления света при его движении в более плотной среде. Это привело ученых к изучению концепции «медленного света» путем увеличения показателя преломления различных сред. Можно увеличить путь, по которому фотоны должны проходить через среду, используя специальные условия, такие как конденсат Бозе-Эйнштейна ( такое состояние вещества, основу которого составляют бозоны, при температуре близкий к абсолютному нулю). В конденсате Бозе-Эйнштейна ученым удалось замедлить измеряемую скорость света до 1 м/с.

С 1983 года скорость света рассматривалась как определенная константа. В качестве постоянной величины она функционирует как абсолютная мера расстояния (1 метр = путь, пройденный светом за 1/299 792 458 секунды).

Известны ли Вам какие-то другие способы для измерения скорости света? Ждем Ваших ответов в комментариях.

Если Вам понравилась статья поставьте лайк и подпишитесь на канал НАУЧПОП . Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!


Источник: zen.yandex.ru

Сейчас скорость света в вакууме c не измеряют. В стандартных единицах она представлена точным неизменным числом. С 1983 г. по международному соглашению метр был определен как длина пути, которую свет проходит в вакууме за время в 1/299 792 458 секунды. Из-за этого скорость света получается равной в точности 299 792,458 км/сек. Поскольку дюйм определен как 2,54 сантиметра, то и в неметрических единицах у нее тоже точное значение. Определить единицы длины таким образом имело смысл только потому, что скорость света в вакууме постоянна; а вот для подтверждения этого факта опыты все еще нужны (см. вопрос "Постоянна ли скорость света? "). Кроме того, опыты все еще нужны для измерения скорости света в средах, вроде воздуха и воды. До семнадцатого века думали, что свет распространяется мгновенно. Это подтверждалось тем, что когда земная тень двигалась по луне во время лунного затмения, не наблюдалось никакой задержки в ее положении, как должно было быть, если бы c была конечной. Сейчас мы знаем, что свет просто движется слишком быстро, чтобы эту задержку заметить. В том, что скорость света бесконечна, сомневался еще Галилео Галилей.


описал опыт по измерению скорости, в котором надо было открывать и закрывать свет маяка и наблюдать за этим с расстояния в несколько миль. Мы не знаем, попробовал ли Галилей осуществить свой опыт, но опять-таки, c слишком велика чтобы сработал и его способ. Первое удачное измерение c провел в 1676 г. Оле Кристенсен Рёмер. Он заметил, что время между затмениями спутников Юпитера меньше когда Земля движется к Юпитеру, чем когда она движется от него. Он правильно подумал, что это происходит от того, что при изменении расстояния от Юпитера до Земли, меняется и время, которое нужно свету, чтобы его пройти. У него получилось значение в 214 000 км/сек что оказалось неточным из-за того, что в то время не были точно известны расстояния между планетами. В 1728 г. Джеймс Бредли провел еще один опыт, наблюдая за аберрацией звезд: кажущимся смещением звезд, происходящим из-за вращения Земли вокруг Солнца. Он наблюдал звезду в Драконе и увидел, что ее положение меняется в течение года. Таким образом меняются положения всех звезд, что отличает это явление от другого — звездного параллакса, которое сказывается на близких зведах в большей степени. Чтобы представить себе, что такое звездная аберрация, можно представить себе как движение влияет на угол падения дождя. Если встать неподвижно под дождь, и если не будет ветра, то капли будут падать вертикально прямо на голову. Если же побежать, то окажется, что теперь капли летят в лицо. Бредли измерил этот угол для звездного света. Зная скорость движения Земли вокруг Солнца, он получил скорость света в 301 000 км/с. В этой таблице приведены некоторые наилучшие измерения (по Фруму и Эссену) . Год Автор Способ Результат (км/с) Погрешность 1676 Рёмер Спутники Юпитера 214 000 1726 Бредли Звездная аберрация 301 000 1849 Физо Шестерня 315 000 1862 Фуко Вращающееся зеркало 298 000 500 1879 Михельсон Вращающееся зеркало 299 910 50 1907 Роза, Дорси Электромагнитные постоянные 299 788 30 1926 Михельсон Вращающееся зеркало 299 796 4 1947 Эссен, Горден-Смит Кавитационный резонатор 299 792 3 1958 Фрум Радио-интерферометр 299 792,5 0,1 1983 Принятое значение 299 792,458 0

Источник: touch.otvet.mail.ru

Как посчитали скорость света

Кто открыл скорость света? Когда это было обнаружено? Как это было рассчитано или выведено?

Ученые пытаются изучать скорость света со времен древних греков. Большинство древнегреческих астрономов считали, среди прочего, что скорость света была практически бесконечной. Однако у них не было возможности проверить это обоснованное предположение.

Тем не менее, как правило, считалось само собой разумеющимся, что скорость света была бесконечной, пока астроном Галилей в начале 1600-х годов пытался измерить скорость света, используя дальние фонари с жалюзи, которые помощник открывал в указанное время.Галилей пытался записать, сколько времени требуется свету, чтобы добраться до него через поле, на котором проводился эксперимент.

Его единственным выводом было то, что скорость света была слишком быстрой, чтобы ее можно было измерить с помощью этого эксперимента. (На самом деле, исходя из того, что мы теперь знаем о скорости света, мы можем сказать, что если бы Галилей и его помощник стояли на расстоянии примерно в одну милю, свету понадобилось бы всего пять микросекунд — пять миллионных долей секунды — чтобы добраться от Галилея его помощнику. Это было слишком мало, чтобы быть измеренным с технологией того времени.)

Первое истинное измерение скорости света было сделано в 1676 году человеком по имени Оле Ремер (Rømer). Ремер наблюдал спутник Юпитера Ио, самый внутренний из Галилейских спутников. Как заметил наблюдатель на Земле, Ио внезапно исчезает, когда движется в тень Юпитера, и внезапно появляется, когда выходит из тени Юпитера (обратно в солнечный свет).

Ремер был заинтересован в том, чтобы предсказать, когда Ио появится из тени Юпитера. Его целью было использовать эти наблюдения для более точного определения орбитального периода Ио; он изначально не пытался определить скорость света.

Ремер заметил, что время между затмениями Ио стало короче, когда Земля приблизилась к Юпитеру, и стало длиннее, когда Земля и Юпитер разошлись. Он понял, что расхождения между наблюдаемым и рассчитанным временем появления Ио могут быть объяснены конечной скоростью света. Поскольку в ходе наблюдений Ремера Земля удалялась от Юпитера, отраженному свету от Ио потребовалось бы немного больше времени, чтобы достичь Земли, и это повлияло бы на точное время, в которое наблюдалось появление Ио из тени Юпитера.

Основываясь на этих наблюдениях, Ремер подсчитал, что потребуется около 22 минут, чтобы пересечь диаметр орбиты Земли. Объединение этого значения с более ранними измерениями большой полуоси Земли (орбитального радиуса) дает скорость света около 210 000 километров в секунду. Это примерно на 30% ниже, чем современное значение для скорости света, но, учитывая ее древность, метод измерения и неопределенность 17-го века в точных размерах планетарных орбит, это значение удивительно близко к современному значению в 299 792 458 километров в секунду.

Источник: new-science.ru

Известно, что скорость света в вакууме конечна и составляет ≈300 000 км/c. На этих данных основана вся современная физика и все современные космические теории. Но ещё совсем недавно ученые были уверены, что скорость света бесконечна, и мы мгновенно видим то, что происходит в самых дальних уголках космоса.

О том, что такое свет, люди начали задумываться ещё в глубокой древности. Свет от пламени свечи, мгновенно распространяющийся по помещению, вспышки молний на небесах, наблюдение за кометами и другими космическими телами на ночном небе давало ощущение, что скорость света бесконечна. Действительно, трудно поверить, что, например, смотря на Солнце, мы наблюдаем его не в настоящем состоянии, а таким, какое оно было около 8 минут назад.

Но некоторые люди всё же подвергали сомнению устоявшуюся, казалось бы, истину о бесконечности скорости света. Одним из таких людей был Исаак Бенгман, который в 1629 году попробовал провести эксперимент по определению конечной скорости света. В его распоряжении не было, конечно же, ни компьютеров, ни высокочувствительных лазеров, ни высокоточных часов. Вместо этого ученый решил произвести взрыв. Наполнив емкость взрывчатым веществом, он на различном расстоянии от неё установил большие зеркала и попросил наблюдателей определить, в каком из зеркал вспышка от взрыва появится раньше. Учитывая, что за одну секунду свет способен обогнуть землю 7,5 раз, можно догадаться, что эксперимент закончился провалом.

Чуть позже небезызвестный Галилей, который тоже подвергал сомнению бесконечность скорости света, предложил свой эксперимент. Он поставил своего помощника с фонарем на один холм, а сам встал с фонарем на другой. Когда Галилей поднял крышку со своего фонаря, его помощник сразу же поднял крышку с противоположного фонаря. Конечно, этот эксперимент тоже не мог увенчаться успехом. Единственное, что Галилей мог предположить, было то, что скорость света намного быстрее человеческой реакции.

Получается, единственным выходом из положения было участие в эксперименте тел, достаточно сильно удаленных от Земли, но которые можно было бы наблюдать при помощи телескопов того времени. Такими объектами стали Юпитер и его спутники. В 1676 году астроном Оле Рёмер пытался определить долготу между различными точками на географической карте. Для этого он использовал систему по наблюдению за затмением одного из спутников Юпитера – Ио. Свои исследования Оле Рёмер вел с острова недалеко от Копенгагена, в то время как другой астроном Джованни Доменико Кассини наблюдал за этим же затмением из Парижа. Сравнив время начала затмения между Парижем и Копенгагеном, ученые определили разницу в долготе. Несколько лет подряд Кассини наблюдал за спутниками Юпитера из одного и того же места на Земле и заметил, что время между затмениями спутников становится короче, когда Земля находится к Юпитеру ближе, и длиннее, когда Земля отдалена от Юпитера. На основании своих наблюдений он предположил, что скорость света конечна. Это было абсолютно верное решение, но почему-то Кассани вскоре отказался от своих слов. Зато Рёмер воспринял идею с энтузиазмом,  и даже сумел составить хитроумные формулы, учитывающие диаметр Земли и орбиту Юпитера. В результате он посчитал, что свету требуется около 22 минут, чтобы пересечь диаметр орбиты Земли вокруг Солнца. Его расчеты были неверны: по современным данным, свет проходит это расстояние за 16 минут и 40 секунд. Если бы вычисления Оле были бы точными, то скорость света составляла бы 135 000 км/c.

Позже, основываясь на вычислениях Рёнера, Христиан Гюйенс подставил в формулы более точные данные диаметра Земли и орбиты Юпитера. В итоге он получил скорость света равную 220 000 км/c, что намного ближе к верному значению.

Но не все ученые подсчитали гипотезу о конечности скорости света верной. Научные дебаты продолжались до 1729 года, когда было открыто явление световой абберации, которое подтвердило предположение о конечности скорости света и позволило более точно измерить её значение.

Это интересно: современные ученые и историки приходят к выводу, что, скорее всего, формулы Рёмера и Гюйенса были верными. Ошибка заключалась в данных об орбите Юпитера и диаметре Земли. Получается, ошибались не два астронома, а люди, предоставившие им информацию об орбите и диаметре. 

Источник: mydiscoveries.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.