Tiedätkö kuinka ja milloin valon nopeus mitattiin?

Valon nopeus tyhjiössä on yleinen vakio, joka on tärkeä monilla fysiikan aloilla. Sen arvo on tarkalleen 299 792 458 metriä sekunnissa (tai 300 000 km / s, koska sitä käytetään myös), mikä määrittelee, että valossa tyhjössä kulkevan reitin pituus on 1/299 792 458 sekunnissa.

Tämä on lopullinen arvo, ja se mitattiin lasereilla. Valonopeuden ei kuitenkaan aina uskottu olevan rajallinen. Muutama vuosisata sitten ajateltiin päinvastaista, mutta tänään tiedämme, että se on erittäin (erittäin ja erittäin) nopea, mutta sillä on selvä arvo.

Ensimmäinen raportti valonopeuden kyseenalaistamisesta tuli filosofille Empedoclesille 5. vuosisadalla eKr., Joka uskoi sen olevan ääretön. Muutama vuosikymmen myöhemmin Aristoteles oli eri mieltä toisen filosofin lausunnosta, joka johti keskustelua yli 2000 vuotta, kunnes tutkijan uteliaisuus voitiin yhdistää ajan edistyneimpiin resursseihin.

Ensimmäiset arvot

Kuvalähde: Shutterstock

Silloin hollantilainen Isaac Beeckman, vuonna 1629, suoritti ensimmäisen konkreettisen kokeen testatakseen, onko valolla todella asetettu nopeus. Prosessin suorittamiseksi Beeckman käytti ruutien räjäytyskoetta.

Hollannin tiedemiehen kokeilu oli sijoittaa peilit eri etäisyyksille räjähdyksestä joidenkin ihmisten katsottavaksi. Prosessia tehdessään hän kysyi tarkkailijoilta, pystyivätkö he havaitsemaan eroja valon salamassa, joka heijastuu jokaisesta heidän näkökentänsä peilistä.

Valitettavasti kokeilulla oli vaikea tapa mitata jotain tarkempaa ja se todettiin epätäydelliseksi. Mutta kokeilun arvoinen, Beeckman! Ainakin sen nimi on saattanut toimia inspiraationa 1990-luvun lasten tiedeohjelmalle (mutta Beackman-oikeinkirjoituksella).

Galilean-lyhdyt

Kuvalähde: Shutterstock

Kuten Beeckman, myös Galileo uskoi, että valon nopeus ei ollut ääretön. Joten hän aloitti vuonna 1638 kokeilunsa ensimmäisen nopeuden mittaamiseksi historiassa. Hänen menetelmä oli hyvin yksinkertainen. Hän ja avustaja olivat noin mailin päässä.

Heillä oli taskulamput, jotka voitiin peittää ja paljastaa, ja Galileon piti nähdä, onko heidän kirkkautensa välillä havaittavissa viiveitä. Tämä koe oli myös epäselvä, mutta Galileo oli varma, että "jos nopeus ei ole hetkellinen, se on poikkeuksellisen nopea".

Osana koetta Galileo käytti todennäköisesti vesikelloa, jossa astiasta tyhjenevän nesteen määrä edustaa kuluneen ajan. Tällä tavalla hän päätteli vain, että valo kulkee ainakin kymmenen kertaa nopeammin kuin ääni.

Laskelmat taivaissa

Kuvalähde: jäljentäminen / Wikipedia

Tanskalainen tähtitieteilijä Ole Römer huomasi vuonna 1675 tarkkaillen yhtä Jupiterin kuista, että pimennysten ajat näyttivät riippuvan kyseisen planeetan ja maan suhteellisista sijainneista. Jos maa oli lähellä Jupiteriä, kuun kiertorata näytti kiihtyvän.

Jos maa oli kaukana Jupiterista, se näytti hidastuvan. Perusteltuaan, että kuun kiertoradan nopeuteen ei pitäisi vaikuttaa sen etäisyydellä, hän päätteli, että ilmeinen muutos johtui ylimääräisestä aikavalosta, joka kuljetti, kun maa oli kauimpana Jupiterista.

Tämän havainnon jälkeen Römer ymmärsi myös, että kun maa kiertää aurinkoa ja siirtyi pois Jupiterista, kuun näkemiseen kulunut aika oli hänen huomautustensa mukaan odotettua pidempi. Sitten hän teorioi, että tämä johtui siitä, että kuun heijastuva valo ei kulkenut heti.

Tultiin siihen johtopäätökseen, että valolla kului noin 22 minuuttia maan kiertoradan etäisyydelle auringon ympäri ja että sen piti kulkea nopeudella 200 000 km / s. Tähtitieteilijä ilmoitti tutkimuksensa tulokset virallisesti 22. elokuuta 1676.

Uudet arvot

Vuosikymmenien ja vuosisatojen ajan muut tutkijat laativat määritelmänsä Römerin perusteella, kuten James Bradley vuonna 1728, joka arvioi, että valon nopeus tyhjiössä olisi noin 301 000 km / s, käyttämällä tähtien taittumista laskeakseen tämä arvo.

Toinen tiedemies, joka ilmoitti numeron, oli ranskalainen Hippolyte Louis Fizeau, joka arvioi 313 300 km / s kokeessa valoa, peilejä ja ketjupyörää. Leon Foucault vuonna 1862 oli melkein saavuttamassa nykyisen virallisen arvon ja arvioi sen olevan 299 796 km / s.

Sen jälkeen muut tutkijat suorittivat vielä joitain lisätutkimuksia, jotka saavuttivat likimääräisen määrän. Vuoteen 1983 asti yleinen paino- ja mittakonferenssi asetti lopullisesti nykyarvoksi 299 792 458 metriä sekunnissa johtuen mittarin mittauksen määrittämisestä kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä.

* Alun perin lähetetty 13.2.2014.

***

Tiesitkö Mega Curioson uutiskirjeen? Tuotamme viikoittain eksklusiivista sisältöä tämän suuren maailman suurimman uteliaisuuden ja omituisuuden ystäville! Rekisteröi sähköpostiosoitteesi ja älä unohda tätä tapaa pitää yhteyttä!