Скоростта на светлината (с) не се измерва във вакуум. Той разполага с точна фиксирана стойност в стандартни единици. Чрез международно споразумение 1983 года м се определя като дължината на пътя пресича от светлината във вакуум по време 1/299792458 секунди. Скоростта на светлината е точно равна на 299792458 м / сек. Инчов се определя като 2.54 cm. Ето защо, в метрични единици от скоростта на светлината също има точно значение. Такова определение има смисъл само, тъй като скоростта на светлината във вакуум е константа, а този факт трябва да бъде потвърдена експериментално. Трябва да се определи експериментално като скоростта на светлината в среда, като вода и въздух.
До седемнадесети век се е смятало, че светлината се разпространява мигновено. Това беше потвърдено от наблюдението на затъмнение. В краен скоростта на светлината е да се забави между относителното положение на Земята и Луната позицията на земната сянка на лунната повърхност, но това забавяне е открита. Сега знаем, че скоростта на светлината е прекалено голям, за да забележите забавяне.
За скоростта на светлината, отразена и обсъден от древни времена, но само три учени (те са френски) са били в състояние да го измери с помощта на наземни средства. Това е много стара и много сложен проблем.
Въпреки това, през миналите векове, философи и учени са натрупали доста голям магазин на информация за свойствата на светлината. 300 години преди нашата ера, в дните, когато Евклид е създал своята геометрия, гръцките математици вече знаеха много неща за светлината. Известно е, че светлината се движи в права линия и на отражение от плосък огледалото ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение. Древните учени знаят добре феномена на пречупване на светлината. Той се състои във факта, че светлината преминава от една среда, като въздух, по-специално със средна плътност, такъв като вода, се пречупва.
Клавдий Птолемей, астроном и математик от Александрия, е таблица с измерени ъгъла на падане и пречупване, но закона за пречупване е бил открит едва през 1621 от холандски математик от Leiden Villebrordom Снел, който установява, че отношението на синуса на ъгъла на падане и ъгълът на пречупване е постоянна за всеки две медии различни плътности.
Много древни философи, включително Аристотел и на великия римски държавник Луций Сенека, се чудеха за причините на дъгата. Аристотел смята, че цветовете показани чрез отразяване на светлината от водни капки; приблизително на същото мнение, и Сенека, вярвайки, че облак, състоящ се от частици на влага, са един вид огледало. Както и да е, човекът в цялата история му показа интерес към характера на светлината, както е видно от съществуващи митове, легенди, философски аргументи и научни наблюдения.
Подобно на повечето древни учени (с изключение на Емпедокъл), Аристотел смята, че скоростта на светлината е безкраен. Това би било изненадващо, ако си мислеше друго. След като огромна скорост не може да се измери чрез всеки от след съществуващите методи или устройства. Но в по-късни времена, учените продължават да се спекулира и спори за това. Преди около 900 години, арабски учен Авицена изрази предполага, че, въпреки че скоростта на светлината и е много голяма, тя трябва да бъде краен количество. Такова е и мнението на един от неговите съвременници, Арабската физик Ибн ал-Хайтам, който за първи път се обясни същността на здрача. Нито едното, нито другото, разбира се, не са били в състояние да потвърди своето мнение експериментално.
опит Galileo
Галилео говори три събеседници. На първо място, Sagredo, пита: "А какви и колко скорост трябва да го преместите? Трябва ли да го помисли за миг или да отнеме време, подобно на всички други движения? ". Simplicio, ретроградна, а след това отговори: "Daily опит показва, че светлината от пламъка на снимки без загуба на време, се отпечатва в нашето око, за разлика от звука, който достига до ухото с помощта на значителен период от време." Sagredo го правилно възразил: "Този добре познат опит мога да привлече никой друг извод от това звукът достига ушите ни по-дълги интервали, а не светлина."
Тук се намесва Salviati (изразява становищата на Galileo), "липса на убедителност на тези и други подобни наблюдения ме накараха да мисля за някакъв начин да се осигури без грешки в тази светлина, а именно, разпространение на светлината, направено наистина бързо. Опитът, който ми хрумна е, както следва. Две лица притежават всяка от огъня, затворник в фенер или нещо подобно, което може да се отваря и затваря за движение на ръката, в очите на спътник; да стане един от друг "в рамките на няколко колена, участниците започват да практикуват отваряне и затваряне на огъня в очите на спътник, така че веднага след като вижда светлината на друг, така че веднъж отворена и ти ... аз успях да го направи само на кратко разстояние - по-малко от едномили - защо не мога да бъда сигурен дали появата на обратната светлина всъщност се състоя веднага. Но ако това не се случи веднъж, но във всеки случай, с изключителна бързина. "
След това на разположение на разположение на Galileo, разбира се, не е позволил толкова лесно да се реши този проблем, и той е доста наясно с този доклад. Противоречия продължи. Робърт Бойл, известният ирландски учен, който даде първите корекция на някои от химичните елементи, смята, че скоростта на светлината е ограничен, а другият е гений на XVII век, Робърт Хук смята, че скоростта на светлината е прекалено голям, така че това може да се определи експериментално. От друга страна, астроном Йоханес Кеплер и математик Рене Декарт, Аристотел проведе гледна точка.
Roemer и Юпитер луна
Първото нарушение в тази стена бе съборена през 1676. Това се случи в добре познатите, като случайно. Теоретичен проблем, както често се е случвало в историята на науката, е решен в хода на чисто практически проблем. Нуждите на разширяване на търговията и увеличаване на значението на морския накараха Френската академия на науките да се направи уточнение на карти, които по-специално са необходими по-надежден метод за определяне на дължина. Дължина се определя от сравнително прост начин - с разликата във времето в две различни части на земното кълбо, но все още не е бил в състояние да направи доста точен часовник. Учените са предложили да се използва за определяне на времето и времето на Париж на борда на някои небесно явление, което се наблюдава всеки ден в един и същи час. Според това явление изследовател или географ би могло да постави часовника си и да научат Париж време. Такъв феномен, който се вижда от всяка точка на брега на морето или на сушата, е затъмнението на един от четирите големи луни на Юпитер, открити от Галилео през 1609.
Сред учените, участващи в този въпрос, имаше един млад датски астроном Оле Рьомер, четири години преди по покана на френския астроном Жан Пикар да работят в новата Парижката обсерватория.
Подобно на други астрономи от време Roemer известно, че в периода между две затъмнения най-близо до Юпитер сателитна варира през годината; наблюдения от една и съща точка, разделени за период от шест месеца, дават максималната разлика в 1320 секунди. Тези 1320 секунди бяха озадачени астрономи, и никой не може да ги намери задоволително обяснение. Струваше ми се, че е имало някаква връзка между орбитален период на спътника и положението на Земята в орбита спрямо Юпитер. И тук Рьомер, старателно проверка на всички тези наблюдения и изчисления, изведнъж просто решен загадката.
Рьомер призна, че 1320 секунди (или 22 минути) - това е времето, необходимо на светлината да пътува разстоянието от най-близко до Юпитер позиция на Земята в орбита до положение, най-отдалечени от Юпитер, където Земята е шест месеца. С други думи, допълнителното разстояние пресича от светлината, отразена от Юпитер сателитна равен на диаметъра на орбитата на Земята (фиг. 1).
Фиг. 1. Схема Roemer мотиви.
Период на лечение най-близо до Юпитер спътник е приблизително 42,5 часа. Ето защо, на сателита трябва да се изследват Юпитер (или от група затъмнение) на всеки 42.5 часа. Но след шест месеца, когато Земята се отдалечава от Юпитер, затъмнение настъпили всеки път с по-забавяне в сравнение с прогнозираните времето. Рьомер до заключението, че светлината не се разпространява мигновено, но има ограничен скорост; така че е необходимо повече време, за да достигне до Земята, тъй като тя се движи в орбита около Слънцето, далеч от Юпитер.
В дните на диаметър Roemer на орбитата на Земята се счита, че е около 182.0 милиона мили (292,0 милиона километра). Разделяне на това разстояние от 1320 секунди, Roemer е, че скоростта на светлината е 138,000 мили (222,000 км) в секунда.
Освен това, първият опит Рьомер получи правилния порядък. Ако вземем предвид, че учените все още са на разположение за изясняване на диаметъра на орбитата и времето на затъмнения на спътника на Юпитер на Земята, грешката Roemer ще дойде като не е изненада. Сега знаем, че максималното забавяне от 22 минути няма да се затъмни спътника като мислех Roemer, и приблизително 16 минути 36 секунди, а диаметърът на орбитата на Земята не е приблизително равна на 292 милиона километра и 300 милиона километра. Ако направите тези изменения на Рьомер изчислява, се оказва, че скоростта на светлината е 300,000 километра в секунда, а резултатът е в близост до най-точните цифри, получени от учени на нашето време.
Roemer показа, че, въпреки че скоростта на светлината и е много голяма, все пак е ограничен и може да бъде измерена. Въпреки това, отдава почит на постигането на Römer, някои учени все още не са напълно удовлетворени. Измерване на скоростта на светлината от неговия метод въз основа на астрономически наблюдения и изисква много време. Те също така искат да се измери в лабораторията чисто земни средства, без да се излиза извън границите на нашата планета, така че всички условия на изпитване са под контрол. Е успял френския физик Марин Marsenn, съвременник и приятел на Декарт, преди тридесет и пет години, за да се измери скоростта на звука. Защо не мога същото да се направи с оглед?
Първото определяне на средствата, земни
Фиг. 2. Инсталиране на Fizeau.
След 174 години след Roemer изчислява скоростта на светлината от наблюдението затъмнения Jupiter сателитна Fizeau конструира устройство за измерване на скоростта на светлината в подземни условия. Зъбно колело C проби лъч светлина да мига. Fizeau измерва време, през който преминава светлината на разстояние от С до А и обратно огледала, равна на 17.32 км. Слабостта на този метод е, че момент на най-голяма яркост определя от окото на наблюдателя. Такива субективни наблюдения не са достатъчно точни.
Когато зъбното колело е неподвижен и е в изходно положение, наблюдателят може да види светлината от източника през пролуката между два зъба. Тогава колелата се задвижват с увеличаване на скоростта, и напредва по време, когато светлинен импулс, преминаващ през пропастта между зъбите, връщайки се, отразена от огледалото и А. забавено зъб. В този случай, наблюдателят не видях нищо. При по-нататъшно въртене на зъбни колела ускорение появи светлина става по-светъл и най-накрая достига максимална интензивност. Зъбно колело, прилага Fizeau се зъби 720, и максималния интензитет на светлина достига при 25 оборота за секунда. Въз основа на тези данни следва Fizeau изчислява скоростта на светлината. Светлината преминава разстояние между огледала и назад във времето, докато колелото се върти от един период към друг между зъбите, т.е. за 1/25. 1/720. че е 1/18000 секунди. Изминато разстояние се равнява на два пъти разстоянието между огледалата, т.е. 17.32 км. Следователно, скоростта на светлината е равна на 17.32 · 18 000, или около 312 000 км в секунда.
подобряване Фуко
Когато Fizeau обяви резултата от техните измервания, учените са поставили под съмнение достоверността на тези колосални цифри, според която светлината идва от Слънцето до Земята за 8 минути и може да лети около Земята в една осма от секундата. Изглеждаше невероятно, че един човек е в състояние да се измери като огромна скорост такива примитивни инструменти. Светлината се движи с повече от осем километра между огледалата на Fizeau 1/36000 секунда? Не е възможно, много са казали. Въпреки това, числото, получено чрез Fizeau, беше много близо до резултата от Römer. Малко вероятно е, че това може да е съвпадение.
Тринадесет години по-късно, когато скептиците са все още се съмнявам, и нека иронични забележки Леон Фуко, син на парижки издател, като едната е готова да стане лекар ще определи скоростта на светлината по различен начин. Той е работил в продължение на няколко години с Fizeau и много мислене за това как да се подобри своя опит. Вместо предавка Фуко използва въртящ огледало.
Фуко се радва на добра репутация като талантлив изследовател. През 1855 той е удостоен с медал kopleyskaya британското Кралско дружество за своя опит с махалото, което е доказателство за въртенето на Земята около оста й. Той също така построява първата жироскопа, подходящ за практическо използване. Смяна в Fizeau експеримент предавка се върти огледалото за (тази идея беше предложена през 1842 г. от Доменико Араго, но не се извършва) направи възможно да се съкрати пътя, изминат от светлинния лъч, с повече от 8 км до 20 м. Въртящият огледалото (фиг. 3) отклонява връщане лъч под малък ъгъл, което позволява да се извършват необходимите измервания за изчисляване на скоростта на светлината. Резултатът, получен от Фуко, е 298 000 км / сек, т.е. около 17 000 km по-малко от стойността, получена чрез Fizeau. (В друг експеримент Фуко поставен между отразяващите огледала и въртящата се тръба с вода, за да се определи скоростта на разпространение на светлината във водата. Установено е, че скоростта на светлината във въздуха повече).
В бъдеще, са били приети допълнителни мерки за подобряване на точността. Например, ние се вземат под внимание на пречупване на светлината във въздух. През 1958 г. Froome има стойност 299792.5 km / и, с помощта на микровълнова интерферометър и електро-оптични Кер затвора. След 1970 г., с използването на лазер с висока гама стабилност и точни цезий часовници станат възможни дори по-точни измервания. До този момент стандартната точността м е по-висока, отколкото на точността на измерване на скоростта на светлината. И скоростта на светлината е станала известна с точност от плюс или минус 1 м / сек. Сега е по-практично да се използва на уреда при определяне на скоростта на светлината. Etalon разстояние 1 метър в момента се определя с помощта на атомен часовник и лазер.
В таблицата са представени основните етапи на измерване на скоростта на светлината (Фръм и Есен)
Свързани статии