Rýchlosť svetla je tiež dôležitým parametrom svetla, jej určenie v histórii vývoja optiky má veľmi zvláštny a dôležitý význam nielen pre podporu hlbokého rozvoja optických experimentov, ale aj pre prelomenie tradičného konceptu rýchlosť svetla nekonečná. Vo vývoji teoretického štúdia fyziky, stanovenie rýchlosti svetla pre teóriu častíc a teóriu fluktuácie diskusie poskytuje základ pre úsudok a v konečnom dôsledku podporuje objav a rozvoj Einsteinovej teórie relativity.
Ako sa meria rýchlosť svetla
1. Prológ k meraniu rýchlosti svetla
Vo fyzike bol spor o rýchlosti svetla. Kepler aj Descartes verili, že svetlo sa šíri bez času a v okamihu. Galileo veril, že rýchlosť svetla, aj keď je nezvyčajne vysoká, sa dá zmerať a v roku 1607 Galileo uskutočnil prvý experiment na meranie rýchlosti svetla. Galileova metóda merania spočíva v tom, že nechá dvoch ľudí stáť 1,6093 km od seba na vrchole dvoch hôr, pričom každý má lampu, prvá osoba zdvihne lampu, keď druhá osoba uvidí lampu prvej osoby, okamžite zdvihne svoju lampu. prvá osoba, ktorá zdvihne lampu, aby videla lampu druhej osoby, je interval medzi časom šírenia svetla a potom podľa vzdialenosti medzi týmito dvoma miestami bude možné získať rýchlosť šírenia svetla. Vzhľadom k tomu, že rýchlosť šírenia svetla je príliš rýchla, v spojení s pozorovateľom musí mať aj určitý reakčný čas, takže Galileiho pokusy nevyšli, ale Galileov experiment je otvorením ľudskej histórie na rýchlosti šírenia svetla na meranie predohra k štúdiu.
2. Astronomické meranie
V roku 1676 dánsky astronóm Rømer prvýkrát navrhol efektívnejšiu metódu merania rýchlosti svetla. Ako "hodiny" možno použiť akýkoľvek periodický proces a podarilo sa mu nájsť hodiny Jupitera, ktorý je veľmi ďaleko od Zeme: satelit zatmený Jupiterom v každom určitom období. Pozoroval, že čas medzi dvoma po sebe idúcimi satelitnými zatmeniami, keď sa Zem vracia z pohybu Jupitera, ako pohyb Zeme smerom k Jupiteru je dlhší ako časový rozdiel asi 15 s. Romer prostredníctvom pozorovania zatmení satelitov Jupitera a orbitálneho priemeru Zeme s rýchlosťou svetla: 214 300 km za sekundu. táto hodnota z rýchlosti svetla presnosti hodnoty rozdielu je veľmi veľká, ale to nie je metóda merania nie je správna, hlavná vec je, že potom Poznať polomer obežnej dráhy Zeme je len približné, zatiaľ čo meranie periódy zákrytu satelitu nie je dostatočne presné. Neskôr vedci použili fotografickú metódu na meranie času zatmenia Jupiterových satelitov a presnosť merania obežného polomeru Zeme sa zlepšila, pričom pomocou Romerovej metódy zistili, že rýchlosť šírenia svetla je 299 840 za sekundu 60 km, čo je veľmi blízko k presné hodnoty moderných laboratórnych meraní.
V roku 1728 anglický astronóm Bradley zmeral rýchlosť svetla pomocou metódy rozdielu pohybu svetla medzi hviezdami. Pri pozorovaní hviezd na Zemi si Bradley všimol, že zdanlivé polohy hviezd sa neustále menia a že v priebehu jedného roka sa zdá, že všetky hviezdy týždeň obiehajú okolo elipsy s rovnako polovičnými osami okolo zenitu. Tento jav pripisoval skutočnosti, že svetlu z hviezd trvalo nejaký čas, kým sa dostalo na zem, a že počas tejto doby Zem zmenila svoju polohu rotáciou, z ktorej nameral rýchlosť svetla 299 930 km/s. druhý.
3. Meranie prevodu
V roku 1849 francúzsky vedec Fissot prvýkrát použil navrhnuté experimentálne zariadenie na určenie rýchlosti šírenia svetla a jeho princíp merania bol podobný ako u Galilea. Bodový zdroj svetla umiestnil do ohniska šošovky, medzi šošovku a svetelný zdroj, aby umiestnil ozubené koleso, do šošovky na druhej strane odvrátenej strany druhej šošovky a rovinné zrkadlo umiestnené postupne, rovinné zrkadlo je umiestnené v ohnisku druhej šošovky. Bodový zdroj svetla vydávaný svetlom cez ozubené kolesá a šošovky do paralelného svetla, paralelného svetla cez druhú šošovku a potom v rovinnom zrkadle zhromaždené v bode, v rovinnom zrkadle po odraze pôvodnou cestou späť. Pretože ozubené koleso má medzeru a zuby, keď svetlo prechádza cez medzeru, keď pozorovateľ vidí spätné svetlo, keď sa svetlo náhodou stretne, zuby budú zakryté. Čas od začiatku po prvé zmiznutie vracajúceho sa svetla je čas, ktorý svetlo potrebuje na to, aby vykonalo jednu spiatočnú cestu a podľa rýchlosti prevodov tento čas nie je ťažké zistiť. Týmto spôsobom Fischer nameral rýchlosť svetla 315,000 kilometrov za sekundu, a pretože ozubené kolesá mali určitú šírku, bolo ťažké presne zmerať rýchlosť šírenia svetla pomocou tejto metódy.
V roku 1850 francúzsky fyzik Foucault zdokonalil Fissovu metódu použitím iba šošovky, rotujúceho rovinného zrkadla a konkávneho zrkadla. Paralelné svetlo sa zbieha do stredu konkávneho zrkadla cez otáčajúce sa rovinné zrkadlo a rovnakú rýchlosť otáčania rovinného zrkadla možno použiť na nájdenie doby spiatočnej cesty svetelného lúča a rýchlosť svetla nameraná týmto spôsobom je 298 ,000 km za sekundu.
4. Mikrovlnná metóda merania
Svetelné vlny sú malou časťou elektromagnetického spektra, vedci elektromagnetického spektra každého druhu parametrov elektromagnetických vĺn vykonávajú presné merania. V roku 1950 Eisen navrhol metódu dutinovej rezonancie na meranie rýchlosti svetla. Princíp merania je: Mikrovlnná rúra cez dutinu, keď jej frekvencia je určitá hodnota bude rezonovať, rezonančná vlnová dĺžka λ a rezonančná dutina po obvode obvodu vzťahu medzi R ako:
R=2.404825λ
A potom podľa súčinu vlnovej dĺžky a frekvencie dostaneme rýchlosť svetla. Presným meraním priemeru rezonančnej dutiny je možné určiť presnú rezonančnú vlnovú dĺžku, zatiaľ čo priemer dutiny je možné presne merať interferometrickými metódami, elektromagnetickú frekvenciu je možné presne určiť pomocou krokovej metódy diferenciálnej frekvencie. Eisen s jeho navrhovanou metódou na získanie rýchlosti svetla pre 299792,5 s 1 km za sekundu, presnosť merania 10-7.
5. Laserové meranie
V roku 1972 Národný inštitút pre štandardy a technológie (NIST) v Boulder, Colorado, USA, použil laserovú interferometriu na určenie rýchlosti svetla, pričom poskytol c=299792456.2±1,1 m/s a získal presnosť merania až 10-9, čo je 100-krát presnejšie ako predchádzajúce meranie. Keďže podobné experimenty priniesli podobné hodnoty rýchlosti svetla, 17. medzinárodná konferencia o hmotnostiach a mierach v roku 1983 odporučila ako hodnotu rýchlosti svetla hodnotu 299792458 m/s.
Obrázok Chronológia meraní rýchlosti svetla
Rýchlosť svetla bola na ceste viac ako 300 rokov meraní a konečne bola dokončená. V procese pátrania vedci dokonale spojili teóriu a prax, výpočet a meranie a nakoniec získali presnú hodnotu rýchlosti svetla.
Určenie rýchlosti svetla ovplyvňuje nielen definíciu jednotky „meter“, ale pomáha aj ďalšiemu výskumu. Štandardné jednotky ako rýchlosť svetla a „meter“ sa môžu zdať triviálne, no boli svedkami pokroku ľudskej civilizácie. Veda nemá hranice a cesta ľudstva za poznaním sveta sa práve začala.
