Швидкість світла також є важливим параметром світла, її визначення в історії розвитку оптики має дуже особливе і важливе значення не тільки для сприяння глибокому розвитку оптичних експериментів, але й для руйнування традиційної концепції швидкість світла нескінченна. У розвитку теоретичного дослідження фізики визначення швидкості світла для теорії елементарних частинок і теорії флуктуацій є основою для суджень і, зрештою, сприяє відкриттю та розвитку теорії відносності Ейнштейна.
Як вимірюється швидкість світла
1. Пролог до Вимірювання швидкості світла
У фізиці точилася суперечка про швидкість світла. І Кеплер, і Декарт вважали, що світло подорожує без часу й миттєво. Галілей вважав, що швидкість світла, незважаючи на її надзвичайно велику швидкість, можна виміряти, і в 1607 році Галілей провів перший експеримент із вимірювання швидкості світла. Метод вимірювання Галілея полягає в тому, що двоє людей стояли на відстані 1,6093 км одна від одної на вершині двох гір, кожна зі світильником. Перша людина, яка підняла лампу, коли друга людина побачила лампу першої людини, негайно підняла свою лампу, перша людина, яка підняла лампу, щоб побачити лампу другої людини, - це інтервал між часом поширення світла, а потім відповідно до відстані між двома місцями зможе отримати швидкість поширення світла. Однак через те, що швидкість поширення світла занадто швидка, спостерігач також повинен мати певний час реакції, тому спроби Галілея не увінчалися успіхом, але експеримент Галілея є відкриттям історії людства щодо швидкості поширення світла для вимірювання прелюдія до дослідження.
2. Астрономічні вимірювання
У 1676 році датський астроном Ремер вперше запропонував більш ефективний метод вимірювання швидкості світла. Будь-який періодичний процес можна використовувати як «годинник», і йому вдалося знайти годинник Юпітера, який знаходиться дуже далеко від Землі: супутник, затемнений Юпітером кожен певний період. Він помітив, що час між двома послідовними супутниковими затемненнями, коли Земля повертається від руху Юпітера, перевищує час руху Землі до Юпітера, ніж різниця в часі приблизно на 15 с. Ромер через спостереження за затемненнями супутника Юпітера та орбітальний діаметр Землі зі швидкістю світла: 214300 км/с. це значення від швидкості світла точність значення різниці дуже велика, але це не метод вимірювання неправильний, головне те, що тоді знати радіус орбіти Землі є лише наближенням, тоді як вимірювання періоду супутникового затемнення недостатньо точне. Пізніше вчені використовували фотографічний метод для вимірювання часу затемнень супутника Юпітера, а точність вимірювання радіуса орбіти Землі було покращено, використовуючи метод Ромера, щоб знайти швидкість поширення світла 299840 за секунду 60 км, що дуже близько до точне значення сучасних лабораторних вимірювань.
У 1728 році англійський астроном Бредлі виміряв швидкість світла за допомогою методу різниці світла зірок. Спостерігаючи за зірками на Землі, Бредлі помітив, що видиме положення зірок постійно змінюється, і протягом року всі зірки обертаються навколо еліпса з однаковими напівдовжинами навколо зеніту протягом тижня. Він пояснив це явище тим фактом, що світлу від зірок потрібен деякий час, щоб дійти до Землі, і що за цей час Земля змінила своє положення через обертання, на підставі якого він виміряв швидкість світла, яка становила 299 930 км на годину. другий.
3. Вимірювання передач
У 1849 році французький вчений Фіссо вперше використав розроблений експериментальний прилад для визначення швидкості поширення світла, і його принцип вимірювання був подібний до принципу Галілея. Він розмістив точкове джерело світла у фокусній точці лінзи, між лінзою та джерелом світла, щоб поставити шестерню, в лінзі з іншого боку від дальньої сторони іншої лінзи та плоске дзеркало, розташоване по черзі, плоске дзеркало розташоване у фокусі другої лінзи. Точкове джерело світла, випущене світлом через зубчасті колеса та лінзи в паралельне світло, паралельне світло через другу лінзу, а потім у плоскому дзеркалі зібрано в точці, у плоскому дзеркалі після відбиття оригінальним шляхом назад. Оскільки шестерня має щілину та зуби, коли світло проходить крізь щілину, коли спостерігач може бачити зворотне світло, коли світло зустрічається із зубцями, буде затемнено. Час від початку до першого зникнення зворотного вогню — це час, за який вогник здійснив одну поїздку туди й назад, і за швидкістю передач цей час неважко дізнатися. Таким чином Фішер виміряв швидкість світла, яка становила 315 000 кілометрів на секунду, і оскільки шестерні мали певну ширину, було важко точно виміряти швидкість поширення світла за допомогою цього методу.
У 1850 році французький фізик Фуко вдосконалив метод Фіссо, використовуючи лише лінзу, плоске дзеркало, що обертається, і увігнуте дзеркало. Паралельне світло сходить до центру увігнутого дзеркала через обертове плоске дзеркало, і ту саму швидкість обертання плоского дзеркала можна використовувати для визначення часу проходження світлового променя туди й назад, а швидкість світла, виміряна таким чином, дорівнює 298 ,000км на секунду.
4. Метод НВЧ вимірювання
Світлові хвилі є невеликою частиною електромагнітного спектру, вчені електромагнітного спектру кожного типу параметрів електромагнітної хвилі проводять точні вимірювання. У 1950 році Айзен запропонував резонансний метод для вимірювання швидкості світла. Принцип вимірювання такий: мікрохвильове випромінювання через резонатор, коли його частота становить певне значення, буде резонувати, резонансна довжина хвилі λ і резонансна порожнина окружності окружності співвідношення між R як:
R=2.404825λ
І тоді відповідно до добутку довжини хвилі на частоту отримаємо швидкість світла. Точне вимірювання діаметра резонансної порожнини може визначити точну резонансну довжину хвилі, тоді як діаметр порожнини можна точно виміряти інтерферометричними методами, електромагнітну частоту можна точно визначити поетапним методом диференціальної частоти. Айзен із запропонованим ним методом отримав швидкість світла 299792,5 с 1 км на секунду, точність вимірювання 10-7.
5. Лазерне вимірювання
У 1972 році Національний інститут стандартів і технологій (NIST) у Боулдері, штат Колорадо, США, використав лазерну інтерферометрію для визначення швидкості світла, одержавши c=299792456.2±1,1 м/с, і отримавши точність вимірювання до 10-9, що в 100 разів точніше, ніж попереднє вимірювання. Оскільки подібні експерименти дали схожі значення для швидкості світла, 17-та Міжнародна конференція з мір і ваги в 1983 році рекомендувала 299792458 м/с як значення для швидкості світла.
Хронологія зображень вимірювань швидкості світла
Швидкість світла вимірювалася понад 300 років і нарешті була остаточно визначена. У процесі дослідження вчені ідеально поєднали теорію і практику, обчислення і вимірювання, і врешті-решт отримали точне значення швидкості світла.
Визначення швидкості світла не тільки впливає на визначення одиниці «метр», а й допомагає подальшим дослідженням. Такі стандартні одиниці, як швидкість світла та «метр», можуть здатися тривіальними, але вони є свідками прогресу людської цивілізації. Наука не має меж, і шлях людства до вивчення світу тільки почався.
