Ma mért fénysebesség, Yorik
A fény sebessége (c) nem mérik vákuumban. Ez egy pontos fix érték szabványos egységekben. A nemzetközi megállapodás 1983 goda mérő úgy definiáljuk, mint a megtett út hossza a fény vákuumban során 1/299792458 másodperc. A fény sebessége pontosan megegyezik 299792458 m / s. Inch definiáljuk 2,54 cm. Ezért nem metrikus egységek a fény sebessége is van egy pontos jelentése. Egy ilyen meghatározás csak akkor van értelme, mert a fény sebessége vákuumban állandó, és ez a tény meg kell erősíteni a kisérlet. Ez kísérletileg kell meghatározni, mint a fény sebessége a közegben, mint a víz és a levegő.
Amíg a tizenhetedik században úgy vélték, hogy fénysugár azonnal. Ezt megerősítette az a megfigyelés egy holdfogyatkozás. Véges fénysebesség kell halasztani közötti relatív helyzete a Föld és a Hold a Föld árnyéka helyzetben a Hold felszínén, de ez a késés észlel. Most már tudjuk, hogy a fény sebessége túl nagy ahhoz, hogy észre a késés.
Körülbelül a fénysebesség visszavert és vitatták ősidők óta, de csak három tudós (ők voltak francia) képesek voltak mérjük a földi eszközökkel. Nagyon régi és nagyon összetett probléma.
Ugyanakkor a korábbi évszázadok filozófusok és tudósok tettek szert elég hatalmas tároló is információkat tulajdonságait a fény. 300 évvel időszámításunk előtt, a nap, amikor Euclid megalkotta geometria, a görög matematikusok már ismerték nagy a fény. Köztudott, hogy a fény egyenes vonalban, és hogy fel tükröződés a sík tükör a beesési szög egyenlő a visszaverődési szöge. Az ókori tudósok jól ismerik a jelenséget fénytörés. Ez abban áll, az a tény, hogy a fény halad az egyik közegtől, mint a levegő, különösen közepes sűrűségű, mint a víz, megtörik.
Claudius Ptolemaiosz, csillagász és matematikus Alexandria volt, egy táblázatot a mért beesési szögek és fénytörés, de a fénytörés törvény fedezték fel 1621-ben a holland matematikus Leiden Villebrordom Snell, aki megállapította, hogy az arány a szinusz a beesési szög és a szög fénytörés konstans minden két médium különböző sűrűségű.
Sok régi filozófusok, köztük Arisztotelész, a nagy római államférfi Lucius Seneca, elgondolkodott az oka a szivárvány. Arisztotelész úgy vélte, hogy a megjelenő színeket a fény visszaverése vízcseppek; nagyjából azonos véleményt, és Seneca, feltételezhető, hogy a felhő a részecskékből álló nedvesség, egyfajta tükör. Különben is, az ember az egész az ő története mutatott érdeklődést a fény természete, amint azt a fennmaradt mítoszok, legendák, filozófiai érvek és tudományos megfigyelések.
Mint a legtöbb ókori tudósok (kivéve Empedoklész), Arisztotelész úgy vélte, hogy a fény sebessége végtelen. Meglepő lenne, ha úgy gondolta, különben. Miután egy ilyen hatalmas sebesség nem mérhető bármely az akkor már meglévő eljárások vagy készülékek. De a későbbi időkben, a tudósok továbbra is spekulálni, és azt állítják róla. Körülbelül 900 évvel ezelőtt, az arab tudós Avicenna kifejezve azt, hogy bár a fény sebessége, és nagyon nagy, meg kell egy véges mennyiségben. Ilyen is volt a véleménye az egyik kortársa, az arab fizikus Alhazen, aki először magyarázta a természet a félhomályban. Sem az egyik, sem a másik, persze, nem tudták megerősíteni a véleményüket kísérletileg.
Galileo tapasztalat
Galileo beszél három-partnerekkel. Először Sagredo, megkérdezi: „De milyen és mekkora sebességgel kell azt mozgatni? Amennyiben figyelembe vesszük, hogy egy pillanat alatt, vagy hogy időt, mint minden más mozgás?”. Simplicio, retrográd, akkor azt válaszolja: „Napi tapasztalat azt mutatja, hogy a fény a láng felvételek elvesztése nélkül időt bevésődött a szemünk, szemben a hangot, amely eléri a fülét jelentős ideig.” Sagredo jogosan kifogásolta: „Ez a jól ismert tapasztalat tudok rajzolni nem más következtetésre, mint hogy a hang eléri a fülünket, hosszabb időközönként, mint a világosságot.”
Itt beavatkozik Salviati (fejezi ki véleményét Galileo), „nincs kényszer az ilyen és hasonló megfigyelések vezettek el mondani olyan módon, hogy biztosítsa hibátlan, hogy a fény, hogy van, a fény terjedési, tényleg nagyon gyorsan. A tapasztalat, hogy kitaláltam a következő. Két személy tartani minden a tűz, egy rab egy lámpa vagy ilyesmi, ami meg tudja nyitni és közeli mozgását a kezét a látvány egy társa; egyre egymást „pár könyök, a résztvevők elkezdik gyakorolni nyitó és záró tűz a látvány egy társ, hogy amint az egyik látja a fényt egy másik, így ha nyitva van, és ... sikerült, hogy ez csak egy rövid távolságra - kevesebb, mint egy mérföldre -, hogy miért nem lehet biztos abban, hogy a megjelenése az ellenkező fény valóban megtörtént azonnal. De ha ez megtörténik nem egyszer, hanem minden esetben, rendkívüli gyorsasággal. "
Akkor áll rendelkezésre a rendelkezésére álló Galileo természetesen nem tette lehetővé, hogy könnyű megoldani ezt a kérdést, és ő nagyon ismeri ezt a jelentést. Vita folytatódott. Robert Boyle, a híres ír tudós, aki adta az első helyes egyes kémiai elemek, úgy, hogy a fény sebessége véges, a másik pedig egy zseni a XVII században, Robert Hooke véljük, hogy a fény sebessége túl nagy, így meghatározható kísérletileg. Másrészt, a csillagász Johannes Kepler és matematikus René Descartes és az Arisztotelész tartott szempontból.
Roemer és a Jupiter holdja
Az első rést a fal felbomlott 1676-ban. Ez történt a jól ismert, mint véletlen. Elméleti probléma, ahogy gyakran megtörtént a tudomány történetében, már megoldódott során tisztán gyakorlati probléma. Az igényeket a bővülő kereskedelem és egyre növekvő jelentősége tengeri késztette a Francia Tudományos Akadémia, hogy csinál egy finomítását térképek, amelyek különösen szükség van egy megbízható meghatározásának módja hosszúság. Hosszúság határozza meglehetősen egyszerű módon - az időeltolódás a két különböző részein a világ, de még nem voltak képesek elég pontos órát. A tudósok javasolta, hogy használják, hogy meghatározzák a pontos időt és a párizsi fedélzetén néhány égi jelenség, hogy megfigyelhető naponta ugyanabban az órában. E szerint a jelenség explorer vagy geográfus sodorhatják az órájára, és megtanulják, párizsi idő. Ez a jelenség látható bárhonnan a tengeren vagy szárazföldön, a napfogyatkozás az egyik a négy nagy Jupiter holdjait fedezték fel 1609-ben Galileo.
Között a tudósok részt ebben a kérdésben, volt egy fiatal dán csillagász Ole Roemer, négy évvel korábban a meghívást a francia csillagász Jean Picard dolgozni az új Párizsi Obszervatórium.
Mint más csillagászok az idő Roemer ismert, hogy az időszak két fogyatkozás legközelebbi Jupiter műholdas változik az év során; megfigyelések ugyanarról a pontról, külön egy hat hónapos időszakra, így a legnagyobb különbség 1320 másodperc. Ezek 1320 másodperc volt zavarban a csillagászoknak, és senki nem tudta megtalálni őket kielégítő magyarázatot. Úgy tűnt, hogy volt némi összefüggés a keringési ideje a műholdas és a helyzet a Földön olyan pályán képest Jupiter. És itt Römer, alaposan ellenőrzi az összes ilyen megfigyelések és számítások, hirtelen csak megoldotta a talányt.
Römer elismerte, hogy 1320 másodperc (vagy 22 perc) - ez mennyi időt vesz igénybe a fény az utazás a távolság a legközelebbi Jupiter helyzete a Föld olyan pályán olyan helyzetbe legtávolabb Jupiter, ahol a Föld hat hónap. Más szavakkal, a kiegészítő távolság áthaladni a visszavert fény a Jupiter műholdas átmérőjével azonos a Föld körüli pályára (ábra. 1).
Ábra. 1. Rendszer Roemer érvelés.
A kezelés időtartama legközelebbi Jupiter műholdas körülbelül 42,5 óra. Ezért a műhold kell szűrni Jupiter (vagy a sávon napfogyatkozás) minden 42,5 órán át. De hat hónapon belül, amikor a Föld távolodik Jupiter, a napfogyatkozás történt minden alkalommal több késéssel képest a megjósolt időzítés. Roemer következtetésre jutott, hogy fénysugár nem azonnal, hanem egy véges sebességgel; így több időt vesz igénybe, hogy elérje a Földet, ahogy mozog a pályáján a Nap körül, távol a Jupiter.
A nap Roemer átmérőjű Föld pályájának ítélték meg, hogy mintegy 182 millió mérföldre (292 millió km). Elosztjuk távolság 1320 másodperc Roemer volt, hogy a fény sebessége 138.000 mérföld (222.000 km) másodpercenként.
Sőt, az első kísérlet Römer kapta meg a megfelelő nagyságrendű. Ha figyelembe vesszük, hogy a tudósok is részt vesz tisztázása átmérőjű Föld pályáját és időzítése napfogyatkozás a Jupiter műholdak, a Roemer hiba nem meglepő. Most már tudjuk, hogy a maximális késleltetés 22 perc nem oltják ki a műhold Roemer gondolta, és körülbelül 16 perc 36 másodperc, és az átmérője a Föld pályája nem egyezik meg hozzávetőlegesen 292 millió km-re, és 300 millió km. Ha teszik ezeket a módosításokat a Roemer számított, kiderül, hogy a fény sebessége 300000 kilométer másodpercenként, és az eredmény közel van a legpontosabb számokkal tudósok korunk.
Roemer azt mutatják, hogy bár a fény sebessége, és igen nagy, mégis véges és mérhető. Azonban adózván eléréséhez Römer, egyes tudósok még mindig nem teljesen elégedett. Mérése a fénysebesség az ő módszere alapján csillagászati megfigyelések és a szükséges hosszú idő. Azt is szeretnénk mérni a laborban tisztán földi úton, anélkül, hogy túl a határértékeket bolygónk, hogy minden vizsgálati feltételek ellenőrzés alatt. Sikerült a francia fizikus Marin Marsenn, kortárs és barát Descartes, harmincöt évvel ezelőtt mérni a hangsebességet. Miért nem lehet ugyanaz történhet a fény?
Az első mérést a föld eszközökkel
Ábra. 2. szerelése Fizeau.
Miután 174 év után Roemer számított a fény sebessége a megfigyelő holdfogyatkozásokat Jupiter műholdas Fizeau épített mérésére szolgáló eszközt a fénysebesség a talajviszonyok között. Fogaskerék C tört egy fénysugár villogni. Fizeau mért időt, amely alatt a fény áthalad a távolság C-ra és tükrök egyenlő 17.32 km. A gyengeség az ezzel a módszerrel, hogy a pillanatnyi legnagyobb fényereje határozza meg a megfigyelő szeme. Az ilyen szubjektív megfigyelések azonban nem elég pontos.
Ha a fogaskerék mozdulatlan, és a kezdeti helyzetben, a megfigyelő látja a fényt a forrástól a különbség a két foga. Ezután a kerekeket a sebesség növekedésével, és előre az időben, amikor a pulzáló fény áthalad a rés a fogak között, visszatérő, tükröződik a tükörben, és A. késleltetett fogat. Ebben az esetben a megfigyelő nem látott semmit. A további forgása fogaskerék gyorsulás megjelent fény fényesebb lesz, és végül elérte a legnagyobb intenzitással. Fogaskerék, alkalmazva Fizeau volt fogak 720, és a maximális intenzitás a fény elérte a 25 fordulat másodpercenként. A fenti adatok alapján a következőképpen Fizeau számított fénysebesség. Fény áthalad közötti távolság tükrök és vissza az időben, amíg a kerék forog az egyik időszakról a másikra a fogak között, azaz A 1/25. 1/720. ez 1/18000 másodperc. Megtett távolság megegyezik távolság kétszerese közötti tükrök, azaz 17.32 km. Ezért a fény sebessége egyenlő 17.32 · 18 000, azaz mintegy 312 000 km másodpercenként.
javulás Foucault
Amikor Fizeau bejelentette az eredménye, hogy mérések során a tudósok megkérdőjelezték hitelességét ez a hatalmas számok, amelyek szerint a fény a Napból a Földre 8 perc alatt tud repülni a Földet egy nyolcadik a második. Hihetetlennek tűnt, hogy egy ember tudta mérni az ilyen hatalmas sebességgel ilyen primitív eszközökkel. A fény több mint nyolc kilométer közötti tükrei Fizeau 1/36000 másodperc? Ez nem lehetséges, ahogy azt sokan mondják. Azonban, a nyert szám Fizeau, nagyon közel volt az eredmény a Römer. Nem valószínű, hogy ez lehet véletlen egybeesés.
Tizenhárom évvel később, amikor a szkeptikusok még kétséges, és hagyja, hogy az ironikus megjegyzések Léon Foucault, a fia egy párizsi kiadó, az egyik kész lesz orvos megállapította a fénysebesség eltérő módon. Dolgozott több éve a Fizeau és a sok gondolkodás arról, hogyan lehet javítani a tapasztalat. Ehelyett fogaskerék Foucault használt forgó tükör.
Foucault élvezte a hírnevét, mint egy tehetséges kutató. 1855-ben elnyerte a kitüntetést kopleyskaya a brit Royal Society az ő tapasztalata az ingával, ami a bizonyíték a Föld forgása saját tengelye körül. Ő alkotta az első giroszkóp, amely alkalmas a gyakorlati felhasználásra. Helyettesítés a Fizeau kísérletben fogaskerék forgó tükör (ezt az elképzelést javasolt 1842-ben Domenico Arago, de nem végezték el) lehetővé tette, hogy lerövidíti az útnak a fénysugár, több mint 8 km-re 20 m. A forgó tükör (3.) visszapattan a visszatérő nyaláb egy kis szög, amely lehetővé teszi, hogy elvégzi a szükséges méréseket kiszámításához a fénysebesség. A kapott eredmény Foucault volt 298,000 km / s, azaz a körülbelül 17 000 km-nél kisebb értéket kapott Fizeau. (Egy másik kísérletben Foucault között elhelyezett visszaverő tükröket, és a forgó cső vízzel, hogy meghatározza a terjedési sebessége a fény a vízben. Azt találtuk, hogy a fénysebesség a levegőben több.)
A jövőben további intézkedéseket fogadtak el, hogy javítsa a pontosság. Például figyelembe vesszük a törésmutató a fény a levegőben. 1958 Froome kapott érték 299792,5 km / s, a mikrohullámú interferométer és elektro-optikai Kerr zár. 1970 után, a lézer alkalmazását magas stabilitási tartománya és pontos cézium órák lehetővé vált még pontosabb mérést. Addig, a standard méteres pontossággal magasabb volt, mint a mérés pontosságát a fénysebesség. És a fény sebessége vált ismertté, amelynek pontossága ± 1 m / s. Most célszerűbb használni a mérő meghatározásakor a fény sebessége. Etalon 1 méter távolság most alkalmazásával határoztuk meg egy atomóra, és egy lézer.
A táblázat bemutatja a főbb lépéseit mérésére a fénysebesség (Frum és Essen)