Η ταχύτητα του φωτός σε ένα κενό ... και όχι μόνο

Ο άνθρωπος πάντα ενδιαφέρθηκε για τη φύση του φωτός, για τον οποίομύθους μύθους, θρύλους, φιλοσοφικά επιχειρήματα και επιστημονικές παρατηρήσεις που έχουν περιέλθει σε μας. Το φως ήταν πάντα μια ευκαιρία για συζητήσεις αρχαίων φιλοσόφων και προσπάθειες μελέτης έγιναν ακόμα και την εποχή της Ευκλείδειας γεωμετρίας - 300 χρόνια π.Χ. Ακόμη και τότε ήταν γνωστή η απλή ευκολία της διάδοσης του φωτός, η ισότητα των γωνιών πρόσπτωσης και προβληματισμού, το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός και οι λόγοι για την εμφάνιση του ουράνιου τόξου. Ο Αριστοτέλης πίστευε ότι η ταχύτητα του φωτός είναι απείρως μεγάλη και επομένως λογικά υποστηρίζοντας και η μέτρηση της ταχύτητας του φωτός δεν υπόκειται σε συζήτηση. Μια τυπική περίπτωση είναι όταν το πρόβλημα είναι βαθύτερο από την εποχή της κατανόησης της απάντησης.

Πριν από περίπου 900 χρόνια, η Avicenna πρότεινε αυτόανεξάρτητα από το πόσο μεγάλη είναι η ταχύτητα του φωτός, έχει τελικά μια πεπερασμένη τιμή. Αυτή η γνώμη δεν ήταν μόνο αυτός, αλλά κανείς δεν μπορούσε να το αποδείξει πειραματικά. Το ευφυές Galileo Galilei πρότεινε ένα πείραμα μηχανικής κατανόησης του προβλήματος: δύο άνθρωποι, που στέκονται αρκετά χιλιόμετρα μακριά, σηματοδοτούν το άνοιγμα του πτερυγίου φανάρι. Μόλις ο δεύτερος συμμετέχων δει το φως από τον πρώτο φακό, ανοίγει τον αποσβεστήρα του και ο πρώτος συμμετέχων καθορίζει το χρόνο λήψης του αμοιβαίου φωτεινού σήματος. Στη συνέχεια, η απόσταση αυξάνεται και όλα επαναλαμβάνονται. Αναμενόταν να καθορίσει την αύξηση της καθυστέρησης και, σε αυτή τη βάση, να υπολογίσει την ταχύτητα του φωτός. Το πείραμα δεν τελείωσε σε τίποτα, γιατί "όλα δεν ήταν ξαφνικά, αλλά εξαιρετικά γρήγορα".

Η πρώτη που μέτρησε την ταχύτητα του φωτός σε ένα κενό το 1676, Ο αστρονόμος Ole Roemer - πήρε τις ανακαλύψεις του Γαλιλαίου: ανακάλυψε το 1609 οι τέσσερις δορυφόρους του Δία, ο οποίος διαφορά σε έξι μήνες το χρόνο μεταξύ των δύο εκλείψεις του δορυφόρου είναι 1.320 δευτερόλεπτα. Χρησιμοποιώντας αστρονομικές πληροφορίες της εποχής του Roemer ήταν η ταχύτητα του φωτός ίση με 222.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Εκπληκτική ήταν ότι η μέθοδος μέτρησης η ίδια εξαιρετικά ακριβή - η χρήση των σήμερα γνωστών στοιχείων διαμέτρου γήινη τροχιά, Δία, και ρύθμισης της έντασης του χρόνου δορυφορική καθυστέρησης δίνει την ταχύτητα του φωτός στο κενό, μέχρι σήμερα τιμές που λαμβάνονται με άλλες μεθόδους.

Στην αρχή, στα πειράματα του Remer ήταν μόνο ένααξίωση - ήταν αναγκαία η πραγματοποίηση μετρήσεων με χερσαία μέσα. Περίπου 200 χρόνια πέρασαν και ο Louis Fizeau δημιούργησε μια ευφυή εγκατάσταση στην οποία μια ακτίνα φωτός αντανακλάται από έναν καθρέφτη σε απόσταση μεγαλύτερη από 8 χιλιόμετρα και επιστρέφει. Η λεπτότητα ήταν ότι περνούσε κατά μήκος του δρόμου μπρος-πίσω μέσα από τις κοιλότητες του γρανάζι, και αν η ταχύτητα του τροχού αυξανόταν, τότε θα ερχόταν η στιγμή όταν το φως δεν θα ήταν πλέον ορατό. Το υπόλοιπο είναι θέμα τεχνικής. Το αποτέλεσμα της μέτρησης είναι 312.000 χλμ. Ανά δευτερόλεπτο. Τώρα βλέπουμε ότι ο Fizeau ήταν ακόμη πιο κοντά στην αλήθεια.

Το επόμενο βήμα για τη μέτρηση της ταχύτητας του φωτόςFoucault, ο οποίος αντικατέστησε το γρανάζι με ένα επίπεδο καθρέφτη. Αυτό επέτρεψε να μειωθούν οι διαστάσεις της εγκατάστασης και να αυξηθεί η ακρίβεια μέτρησης στα 288.000 χλμ. Ανά δευτερόλεπτο. Δεν ήταν λιγότερο σημαντικό το πείραμα του Foucault, στο οποίο καθορίζει την ταχύτητα του φωτός στο μέσο. Για το σκοπό αυτό τοποθετήθηκε ένας σωλήνας με νερό μεταξύ των κατόπτρων της εγκατάστασης. Σε αυτό το πείραμα, η ταχύτητα του φωτός βρέθηκε να μειώνεται καθώς πολλαπλασιάζεται στο μέσο, ​​ανάλογα με τον δείκτη διάθλασης.

Στο δεύτερο μισό του 19ου αιώνα ήρθε η ώραMichelson, ο οποίος αφιέρωσε 40 χρόνια της ζωής του στις μετρήσεις στον τομέα του φωτός. Το στέμμα της δουλειάς του ήταν η εγκατάσταση στην οποία μετρούσε την ταχύτητα του φωτός σε ένα κενό χρησιμοποιώντας έναν εκκενωμένο μεταλλικό σωλήνα μήκους πλέον του ενός και μισού χιλιομέτρου. Ένα άλλο θεμελιώδες επίτευγμα του Michelson ήταν η απόδειξη του γεγονότος ότι για οποιοδήποτε μήκος κύματος η ταχύτητα του φωτός σε ένα κενό είναι ίδια και ένα σύγχρονο πρότυπο είναι 299792458 +/- 1,2 m / s. Τέτοιες μετρήσεις έγιναν με βάση εκλεπτυσμένες τιμές του μετρητή αναφοράς, ο ορισμός του οποίου έχει εγκριθεί από το 1983 ως διεθνές πρότυπο.

Ο σοφός Αριστοτέλης ήταν λάθος, αλλά χρειάστηκαν περίπου 2000 χρόνια για να το αποδείξουν.