Πώς μετρήθηκε η ταχύτητα του φωτός;
Πρώιμες προσπάθειες:
* Galileo Galilei (1600s): Αν και δεν ήταν επιτυχής, ο Galileo προσπάθησε να μετρήσει την ταχύτητα του φωτός χρησιμοποιώντας φανάρια. Έβαλε δύο άτομα σε απόσταση, ένα με καλυμμένο φανάρι. Η ιδέα ήταν να αποκαλύψουμε το φανάρι και να αποκαλύψουμε το δεύτερο άτομο μόλις είδαν το φως. Ωστόσο, ο χρόνος αντίδρασης των παρατηρητών ήταν πολύ αργός για να ανιχνεύσει την ταχύτητα του φωτός.
* ole rømer (1676): Ο Rømer παρατήρησε τις εκλείψεις του φεγγαριού του Δία. Παρατήρησε ότι οι εκλείψεις εμφανίστηκαν ελαφρώς αργότερα από ό, τι αναμενόταν όταν ο Δίας ήταν μακρύτερα μακριά από τη Γη. Το αποδίδει σωστά στο χρόνο που πήρε φως για να ταξιδέψει στην επιπλέον απόσταση και ήταν σε θέση να υπολογίσει μια τραχιά τιμή για την ταχύτητα του φωτός (περίπου 220.000 χλμ./S).
Πιο ακριβείς μετρήσεις:
* Hippolyte Fizeau (1849): Ο Fizeau χρησιμοποίησε έναν οδοντωτό τροχό που περιστρέφεται με υψηλή ταχύτητα. Έστειλε μια δέσμη φωτός μέσα από ένα κενό στον τροχό, το αντανακλούσε από έναν μακρινό καθρέφτη και πίσω μέσα από ένα άλλο κενό στον τροχό. Ρυθμίζοντας την ταχύτητα του τροχού, θα μπορούσε να καθορίσει το χρόνο που πήρε το φως για να ταξιδέψει στον καθρέφτη και πίσω, δίνοντάς του αξία περίπου 315.000 χλμ./S.
* Léon Foucault (1850): Ο Foucault χρησιμοποίησε έναν περιστρεφόμενο καθρέφτη για να μετρήσει την ταχύτητα του φωτός. Σκηνοθέτησε μια δέσμη φωτός σε έναν περιστρεφόμενο καθρέφτη, ο οποίος στη συνέχεια αντανακλούσε τη δέσμη σε ένα σταθερό καθρέφτη. Το φως στη συνέχεια αντανακλάται στον περιστρεφόμενο καθρέφτη, ο οποίος είχε κινηθεί ελαφρώς εν τω μεταξύ. Με τη μέτρηση της γωνίας της ανακλώμενης δέσμης, ο Foucault ήταν σε θέση να προσδιορίσει την ταχύτητα του φωτός (περίπου 298.000 km/s).
Σύγχρονες τεχνικές:
* πείραμα Michelson-Morley (1887): Αυτό το διάσημο πείραμα σχεδιάστηκε για να ανιχνεύσει το υποθετικό φωτεινό αιθέρα, το οποίο θεωρήθηκε ότι φέρει ελαφριά κύματα. Το πείραμα απέτυχε να βρει κανένα στοιχείο για το αιθέρα και έγινε ακρογωνιαίος λίθος της ανάπτυξης ειδικής σχετικότητας.
* Τεχνικές συντονισμού κοιλοτήτων: Οι σύγχρονες μετρήσεις χρησιμοποιούν πολύ ακριβείς τεχνικές που περιλαμβάνουν λέιζερ και συντονιστές κοιλότητας. Με τη μέτρηση των συντονιστικών συχνοτήτων μιας κοιλότητας, οι επιστήμονες μπορούν να καθορίσουν την ταχύτητα του φωτός με απίστευτη ακρίβεια.
Τρέχουσα τιμή:
Η ταχύτητα του φωτός σε ένα κενό ορίζεται τώρα ως 299.792.458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο (m/s) . Αυτή η τιμή είναι ακριβής επειδή ο μετρητής ορίζεται καθώς το φως απόστασης ταξιδεύει σε κενό σε 1/299.792.458 του δευτερολέπτου.
Σημασία:
Η γνώση της ταχύτητας του φωτός είναι απαραίτητη για την κατανόηση πολλών φαινομένων στη φυσική, όπως:
* Ηλεκτρομαγνητισμός: Η ταχύτητα του φωτός συνδέεται στενά με τη διαπερατότητα και τη διαπερατότητα του ελεύθερου χώρου, τις θεμελιώδεις σταθερές στον ηλεκτρομαγνητισμό.
* Ειδική σχετικότητα: Η ταχύτητα του φωτός είναι το τελικό όριο ταχύτητας στο σύμπαν και παίζει βασικό ρόλο στη θεωρία της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν.
* Αστρονομία: Η ταχύτητα του φωτός είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση των αποστάσεων στο σύμπαν, τις ηλικίες των αστεριών και των γαλαξιών και τη διάδοση του φωτός από τα ουράνια αντικείμενα.
Η μέτρηση της ταχύτητας του φωτός έχει μια μακρά και συναρπαστική ιστορία, με αποκορύφωμα την απίστευτα ακριβή αξία που έχουμε σήμερα. Είναι μια απόδειξη της εφευρετικότητας των επιστημόνων και της αμείλικτης επιδίωξης της κατανόησης των θεμελιωδών νόμων της φύσης.
