Чому дорівнює швидкість світла? Якої швидкості досягає світло у вакуумі.

Справді, як? Як виміряти найвищу швидкість Всесвітуу наших скромних, земних умовах? Нам уже не треба ламати над цим голову – адже за кілька століть стільки людей працювало над цим питанням, розробляючи методи вимірювання швидкості світла. Почнемо розповідь по порядку.

Швидкість світла- Швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі. Вона позначається латинською літерою c. Швидкість світла дорівнює приблизно 300 000 000 м/с.

Спочатку над питанням виміру швидкості світла взагалі ніхто не замислювався. Є світло – от і добре. Потім, в епоху античності, серед учених філософів панувала думка про те, що швидкість світла нескінченна, тобто миттєва. Потім було Середньовіччяз інквізицією, коли головним питанням мислячих та прогресивних людей було питання «Як би не потрапити в багаття?» І лише в епохи Відродженняі Освітидумки вчених розплодилися і, звичайно, розділилися.


Так, Декарт, Кеплері Фермабули тієї ж думки, як і вчені античності. А ось вважав, що швидкість світла кінцева, хоч і дуже велика. Власне, він і зробив перший вимір швидкості світла. Точніше, зробив першу спробу щодо її вимірювання.

Досвід Галілея

Досвід Галілео Галілея був геніальним у своїй простоті. Вчений проводив експеримент із вимірювання швидкості світла, озброївшись простими підручними засобами. На великій і відомій відстані один від одного, на різних пагорбах, Галілей та його помічник стояли із запаленими ліхтарями. Один з них відкривав заслінку на ліхтарі, а другий мав зробити те саме, коли побачить світ першого ліхтаря. Знаючи відстань та час (затримку перед тим, як помічник відкриє ліхтар), Галілей розраховував обчислити швидкість світла. На жаль, для того, щоб цей експеримент увінчався успіхом, Галілею та його помічнику потрібно було вибрати пагорби, що знаходяться на відстані кілька мільйонів кілометрів один від одного. Ви можете оформивши заявку на сайті.


Досліди Ромера та Бредлі

Першим вдалим і напрочуд точним досвідом щодо визначення швидкості світла був досвід датського астронома Олафа Ромера. Ремер застосував астрономічний метод виміру швидкості світла. У 1676 він спостерігав у телескоп за супутником Юпітера Іо, і виявив, що час настання затемнення супутника змінюється в міру віддалення Землі від Юпітера. Максимальний час запізнення становив 22 хвилини. Вважаючи, що Земля віддаляється від Юпітера на відстань діаметра земної орбіти, Ремер розділив приблизне значення діаметра на час запізнення, і отримав значення 214 000 кілометрів на секунду. Звичайно, такий підрахунок був дуже грубим, відстані між планетами були відомі лише приблизно, але результат виявився відносно недалеким від істини.


Досвід Бредлі. У 1728 році Джеймс Бредліоцінив швидкість світла, спостерігаючи абберацію зірок. Абберація– це зміна видимого становища зірки, викликане рухом землі орбітою. Знаючи швидкість руху Землі і вимірявши кут абберації, Бредлі отримав значення 301000 кілометрів на секунду.

Досвід Фізо

До результату досвіду Рьомера та Бредлі тодішній вчений світпоставився з недовірою. Тим не менш, результат Бредлі був найточнішим протягом сотні з лишком років, аж до 1849 року. Того року французький учений Арман Фізовиміряв швидкість світла методом затвора, що обертається, без спостережень за небесними тіламиа тут, на Землі. По суті це був перший після Галілея лабораторний метод вимірювання швидкості світла. Наведемо нижче схему його лабораторної установки.


Світло, відбиваючись від дзеркала, проходило через зуби колеса і відбивало ще одне дзеркало, віддалене на 8,6 кілометрів. Швидкість колеса збільшували до того моменту, поки світло не ставало видно у наступному зазорі. Розрахунки Фізо дали результат 313000 кілометрів на секунду. Через рік подібний експеримент з дзеркалом, що обертається, було проведено Леоном Фуко, який отримав результат 298000 кілометрів в секунду.

З появою мазерів та лазерів у людей з'явилися нові можливості та способи для вимірювання швидкості світла, а розвиток теорії дозволив також розраховувати швидкість світла побічно, без проведення прямих вимірів.


Найточніше значення швидкості світла

Людство накопичило величезний досвід із вимірювання швидкості світла. На сьогоднішній день найбільш точним значеннямшвидкості світла прийнято вважати значення 299 792 458 метрів за секунду, отриманий у 1983 році. Цікаво, що подальший, більш точний вимір швидкості світла виявився неможливим через похибки у вимірі. метра. Зараз значення метра прив'язане до швидкості світла і дорівнює відстані, яка світло проходить за 1/299 792 458 секунд.

Насамкінець, як завжди, пропонуємо подивитися пізнавальне відео. Друзі, навіть якщо перед Вами стоїть таке завдання, як самостійний вимір швидкості світла підручними засобами, Ви можете сміливо звернутися за допомогою до наших авторів. Ви можете оформивши заявку на сайті Заочника. Бажаємо Вам приємного та легкого навчання!

Швидкістю світла називають відстань, що світло проходить за одиницю часу. Ця величина залежить від цього, у якому речовині поширюється світло.

У вакуумі швидкість світла дорівнює 299792458 м/с. Це найвища швидкість, яка може бути досягнута. При вирішенні завдань, що не потребують особливої ​​точності, цю величину приймають 300 000 000 м/с. Передбачається, що зі швидкістю світла у вакуумі поширюються всі види електромагнітного випромінювання: радіохвилі, інфрачервоне випромінювання, видиме світло, ультрафіолетове випромінювання, рентгенівське випромінювання, гамма-випромінювання Позначають її літерою з .

Як визначили швидкість світла

В античні часи вчені вважали, що швидкість світла нескінченна. Пізніше у вченому середовищі почалися дискусії з цього питання. Кеплер, Декарт і Ферма були згодні з думкою античних вчених. А Галілей і Гук вважали, що хоча швидкість світла дуже велика, все-таки вона має кінцеве значення.

Галілео Галілей

Одним із перших швидкість світла спробував виміряти італійську вчений ГалілеоГалілей. Під час експерименту він та його помічник перебували на різних пагорбах. Галілей відкривав заслінку на своєму ліхтарі. У той момент, коли помічник бачив це світло, він мав проробити ті самі дії зі своїм ліхтарем. Час, за який світло проходив шлях від Галілея до помічника і назад, виявилося таким коротким, що Галілей зрозумів, що швидкість світла дуже велика, і на такій короткій відстані її виміряти неможливо, оскільки світло поширюється практично миттєво. А зафіксований ним час показує лише швидкість реакції людини.

Вперше швидкість світла вдалося визначити в 1676 датському астроному Олафу Ремеру за допомогою астрономічних відстаней. Спостерігаючи за допомогою телескопа затемнення супутника Юпітера Іо, він виявив, що в міру віддалення Землі від Юпітера кожне наступне затемнення настає пізніше, ніж було розраховано. Максимальне запізнення, коли Земля переходить на інший бік від Сонця і віддаляється від Юпітера на відстань, рівне діаметруземної орбіти становить 22 години. Хоча на той час точний діаметр Землі був відомий, учений розділив його приблизну величину на 22 години і отримав значення близько 220 000 км/с.

Олаф Ремер

Результат, отриманий Ромером, викликав недовіру вчених. Але в 1849 р. французький фізик Арман Іполит Луї Фізо виміряв швидкість світла методом затвора, що обертається. У його досвіді світло від джерела проходило між зубами обертового колеса і прямувало на дзеркало. Відбитий від нього він повертався назад. Швидкість обертання колеса зростала. Коли вона досягала якогось певного значення, відбитий від дзеркала промінь затримувався зубцем, що перемістився, і спостерігач в цей момент нічого не бачив.

Досвід Фізо

Фізо обчислив швидкість світла в такий спосіб. Світло проходить шлях L від колеса до дзеркала за час, що дорівнює t 1 = 2L/c . Час, за який колесо робить поворот на ½ прорізу, дорівнює t 2 = T/2N , де Т - Період обертання колеса, N - Кількість зубців. Частота обертів v = 1/T . Момент, коли спостерігач не бачить світла, настає при t 1 = t 2 . Звідси отримуємо формулу визначення швидкості світла:

з = 4LNv

Провівши обчислення за цією формулою, Фізо визначив, що з = 313000000 м/с. Цей результат був набагато точнішим.

Арман Іполит Луї Фізо

У 1838 р. французький фізик і астроном Домінік Франсуа Жан Араго запропонував використовувати для обчислення швидкості світла метод обертових дзеркал. Цю ідею здійснив на практиці французький фізик, механік і астроном Жан Бернар Леон Фуко, який отримав в 1862 значення швидкості світла (298 000 000 ± 500 000) м / с.

Домінік Франсуа Жан Араго

У 1891 р. результат американського астронома Саймона Ньюкома виявився на порядок точнішим за результат Фуко. В результаті його обчислень з = (99810000 ± 50000) м / с.

Дослідження американського фізикаАльберта Абрахама Майкельсона, який використовував установку з восьмигранним дзеркалом, що обертається, дозволили ще точніше визначити швидкість світла. У 1926 р. вчений виміряв час, за який світло проходило відстань між вершинами двох гір, що дорівнює 35,4 км, і отримав з = (299796000±4 000) м/с.

Найточніший вимір було проведено в 1975 р. Цього ж року Генеральна конференція з мір і ваг рекомендувала вважати швидкість світла, що дорівнює 299 792 458 ± 1,2 м/с.

Від чого залежить швидкість світла

Швидкість світла у вакуумі не залежить від системи відліку, ні від положення спостерігача. Вона залишається постійною величиною, яка дорівнює 299 792 458 ± 1,2 м/с. Але в різних прозорих середовищах ця швидкість буде нижчою за його швидкість у вакуумі. Будь-яке прозоре середовище має оптичну густину. І чим вона вища, тим із меншою швидкістю поширюється в ній світло. Так, наприклад, швидкість світла в повітрі вища за його швидкість у воді, а в чистому оптичному склі менше, ніж у воді.

Якщо світло переходить з менш щільного середовища в щільніше, його швидкість зменшується. А якщо перехід походить з більш щільного середовища в менш щільне, швидкість, навпаки, збільшується. Цим пояснюється, чому світловий промінь відхиляється межі переходу двох середовищ.

У 1676 році датський астроном Оле Ремер зробив першу грубу оцінку швидкості світла. Ремер помітив слабку розбіжність у тривалості затемнень супутників Юпітера і зробив висновок, що рух Землі, або наближається до Юпітера, або віддаляється від нього, змінювала відстань, що доводилося проходити світла, відбитому від супутників.

Вимірявши величину цієї розбіжності, Ромер підрахував, що швидкість світла становить 219 911 кілометрів на секунду. У пізнішому експерименті 1849 року французький фізик Арман Фізо отримав, що швидкість світла дорівнює 312873 кілометрів на секунду.

Як показано на малюнку вгорі, експериментальна установка Фізо складалася з джерела світла, напівпрозорого дзеркала, яке відображає тільки половину падаючого на нього світла, дозволяючи решті проходити далі зубчастого колеса, що обертається, і нерухомого дзеркала. Коли світло потрапляло на напівпрозоре дзеркало, воно відбивалося на зубчасте колесо, яке поділяло світло на пучки. Пройшовши через систему лінз, що фокусують, кожен світловий пучок відбивався від нерухомого дзеркала і повертався назад до зубчастого колеса. Провівши точні вимірювання швидкості обертання, коли зубчасте колесо блокувало відбиті пучки, Физо зміг обчислити швидкість світла. Його колега Жан Фуко через рік удосконалив цей метод і отримав, що швидкість світла становить 297 878 ​​кілометрів на секунду. Це значення мало відрізняється від сучасної величини 299792 кілометрів в секунду, яка обчислюється шляхом перемноження довжини хвилі і частоти лазерного випромінювання.

Експеримент Фізо

Як показано на малюнках вгорі, світло проходить вперед і повертається назад через той самий проміжок між зубцями колеса в тому випадку, якщо воно обертається повільно (нижній малюнок). Якщо колесо обертається швидко (верхній малюнок), сусідній зубець блокує світло, що повертається.

Результати Фізо

Розмістивши дзеркало на відстані 8,64 кілометра від зубчастого колеса, Фізо визначив, що швидкість обертання зубчастого колеса, необхідна для блокування світлового пучка, що повертається, становила 12,6 оборотів в секунду. Знаючи ці цифри, а також відстань, пройдену світлом, і відстань, яка мала пройти зубчасте колесо, щоб блокувати світловий пучок (рівну ширині проміжку між зубцями колеса), він обчислив, що світловому пучку знадобилося 0,000055 секунди на те, щоб пройти відстань від зубчастого колеса до дзеркала та назад. Розділивши на цей час загальну відстань 17,28 кілометра, пройдену світлом, Фізо отримав для його швидкості значення 312 873 кілометри на секунду.

Експеримент Фуко

У 1850 році французький фізик Жан Фуко вдосконалив техніку Фізо, замінивши зубчасте колесо на дзеркало, що обертається. Світло з джерела доходило до спостерігача лише в тому випадку, коли дзеркало робило повний оборотна 360° за проміжок часу між відправленням та поверненням світлового променя. Використовуючи цей метод, Фуко отримав для швидкості світла значення 297 878 ​​кілометрів на секунду.

Фінальний акорд у вимірах швидкості світла.

Винахід лазерів дало можливість фізикам виміряти швидкість світла зі значно більшою точністю, ніж будь-коли раніше. У 1972 році вчені з Національного інститутустандартів і технології ретельно виміряли довжину хвилі і частоту лазерного променя і зафіксували швидкість світла, добуток цих двох змінних, на величині 299792458 метрів на секунду (186282 милі на секунду). Одним із наслідків цього нового виміру було рішення Генеральної конференції заходів та ваг прийняти як еталонний метр (3,3 фута) відстань, яка світло проходить за 1/299792458 секунди. Таким чином/швидкість світла, найбільш важлива фундаментальна постійна у фізиці, зараз обчислюється з дуже високою достовірністю, а еталонний метр може бути визначений набагато точніше, ніж будь-коли раніше.

Художня вистава космічного корабля, що робить стрибок до "швидкості світла". Надано: NASA/Glenn Research Center.

З давніх часів філософи та вчені прагнули зрозуміти світло. Крім того, намагаючись визначити його основні властивості (тобто з чого він складається - частка або хвиля і т.д.), вони також прагнули зробити кінцеві виміри того, як швидко він рухається. З кінця 17 століття вчені роблять саме це і зі зростаючою точністю.

Вчиняючи таким чином, вони отримали краще розуміння механіки світла, і яку важливу роль він відіграє у фізиці, астрономії та космології. Простіше кажучи, світло рухається з неймовірною швидкістю, і це об'єкт, що найбільш швидко рухається у Всесвіті. Його швидкість є постійною і неприступним бар'єром і використовується як вимірювання відстані. Але наскільки швидко він рухається?

Швидкість світла (с):

Світло рухається з постійною швидкістю 1079252848,8 км/год (1,07 млрд). Що виходить 299792458 м/с. Розставимо все на свої місця. Якщо ви могли б рухатися зі швидкістю світла, ви змогли б обігнути земну кулю приблизно сім з половиною разів на секунду. Тим часом у людини, яка летить із середньою швидкістю 800 км/год, зайняло б понад 50 годин, щоб обігнути планету.

Ілюстрація, що показує відстань, що світло проходить між Землею та Сонцем. Надано: LucasVB/Public Domain.

Розглянемо це з астрономічної точки зору, середня відстань від 384 до 398,25 км. Тому світло проходить цю відстань приблизно за секунду. Тим часом, середня 149 597 886 км, що означає, що світла потрібно всього близько 8 хвилин, щоб здійснити цю подорож.

Не дивно тоді, чому швидкість світла - це показник, що використовується визначення астрономічних відстаней. Коли ми говоримо, що зірка, така як , знаходиться в 4,25 світлових роках, ми маємо на увазі, що для того, щоб дістатися туди, знадобиться, подорожуючи з постійною швидкістю 1,07 млрд км/год, близько 4 років і 3 місяців. Але як же ми дійшли цього дуже конкретного значення швидкості світла?

Історія вивчення:

До 17 століття вчені були впевнені в тому, що світло подорожувало з кінцевою швидкістю, або миттєво. З часів давніх греків до середньовічних ісламських богословів та вчених нового часу точилися дебати. Але до того часу, поки з'явилася робота датського астронома Оле Ремера (1644-1710), у якій було проведено перші кількісні виміри.

У 1676 році Ромер спостерігав, що періоди самого внутрішнього місяця Юпітера Іо здавалися коротшими, коли Земля наближалася до Юпітера, ніж коли вона віддалялася. З цього він зробив висновок, що світло рухається з кінцевою швидкістю, і за оцінками, йому потрібно близько 22 хвилин, щоб перетнути діаметр орбіти Землі.


Професор Альберт Ейнштейн на 11-й лекції Джозайї Уілларда Гіббса в Технологічному Інституті Карнегі 28 грудня 1934 року, де він роз'яснює свою теорію про те, що матерія та енергія - це те саме в різних формах. Надано: AP Photo.

Християн Гюйгенс використав цю оцінку і об'єднав її з оцінкою діаметра орбіти Землі, щоб отримати оцінку 220000 км/с. Ісаак Ньютон також розповідав про розрахунки Ромера у своїй основній роботі Оптика 1706 року. Вносячи поправки для відстані між Землею і Сонцем, він підрахував, що світ знадобиться сім чи вісім хвилин, щоб дістатися від одного до іншого. В обох випадках була порівняно невелика похибка.

Пізніші виміри, проведені французькими фізиками Іполитом Фізо (1819-1896) та Леоном Фуко (1819-1868), уточнили ці показники, привівши до значення 315000 км/с. І до другої половини 19 століття вченим стало відомо про зв'язок між світлом та електромагнетизмом.

Це було досягнуто фізиками за рахунок вимірювання електромагнітних та електростатичних зарядів. Потім вони виявили, що числове значення було дуже близьким до швидкості світла (як виміряв Фізо). Виходячи з його власної роботи, яка показала, що електромагнітні хвилі поширюються у порожньому просторі, німецький фізик Вільгельм Едуард Вебер припустив, що світло було електромагнітною хвилею.

Наступний великий прорив стався на початку ХХ століття. У своїй статті під назвою "До електродинаміки тіл, що рухаються" Альберт Ейнштейн стверджує, що швидкість світла у вакуумі, виміряна спостерігачем, що має постійну швидкість, однакова у всіх інерційних системах відліку і не залежить від руху джерела або спостерігача.


Лазерний промінь, що світить через склянку з водою, показує, скільки змін він піддається, коли проходить з повітря в скло, у воду і назад у повітря. Надано: Bob King.

Взявши це твердження та принцип відносності Галілео за основу, Ейнштейн вивів спеціальну теорію відносності, в якій швидкість світла у вакуумі (с) є фундаментальною константою. До цього угода серед учених свідчило, що космос був заповнений "світлоносним ефіром", який відповідає за його поширення - тобто. світло, що рухається через середовище, що рухається, буде плестися в хвості середовища.

Це своє чергу означає, що виміряна швидкість світла було б простою сумою його швидкості через середовище плюс швидкість тієї середовища. Тим не менш, теорія Ейнштейна зробила концепцію нерухомого ефіру марною і змінила уявлення про простір та час.

Вона (теорія) як просунула ідею у тому, що швидкість світла однакова переважають у всіх інерційних системах, але й висловлено думку, що відбуваються серйозні зміни, коли речі рухаються близько до швидкості світла. До них відносяться просторово-часові рамки тіла, що рухається, що здається сповільнюється, і напрямок руху, коли вимір відбувається з точки зору спостерігача (тобто релятивістські уповільнення часу, де час уповільнюється при наближенні до швидкості світла).

Його спостереження також узгоджуються з рівняннями Максвелла для електрики та магнетизму із законами механіки, спрощують математичні розрахунки, уникаючи незв'язаних аргументів інших учених, та узгоджуються з безпосереднім спостереженням швидкості світла.

Наскільки схожі матерія та енергія?

У другій половині 20 століття все більш точні вимірювання за допомогою методу лазерних інтерферометрів і резонансних порожнин далі уточнювали оцінки швидкості світла. До 1972 року група у Національному бюро стандартів США у Боулдері, Колорадо, використовувала метод лазерної інтерферометрії, щоб отримати прийняте нині значення 299 792 458 м/с.

Роль у сучасній астрофізиці:

Теорія Ейнштейна про те, що швидкість світла у вакуумі не залежить від руху джерела та інерційної системи відліку спостерігача, відтоді незмінно підтверджується безліччю експериментів. Вона також встановлює верхню межу швидкості, з якою всі безмасові частинки та хвилі (включаючи світло) можуть поширюватися у вакуумі.

Один із результатів цього в тому, що космології тепер розглядають простір і час як єдину структуру, відому як простір-час, у якій швидкість світла може бути використана для визначення значення обох (тобто світлові роки, світлові хвилини та світлові секунди). Вимірювання швидкості світла може стати важливим чинником щодо прискорення розширення Всесвіту.

На початку 1920-х зі спостереженнями Леметра та Хаббла вченим та астрономам стало відомо, що Всесвіт розширюється з точки походження. Хаббл також помітив, що далі галактика, то швидше вона рухається. Те, що зараз називають постійною Хаббла - це швидкість, з якою розширюється Всесвіт, вона дорівнює 68 км/с на мегапарсек.

Як швидко розширюється Всесвіт?

Це явище, представлене у вигляді теорії, означає, що деякі галактики насправді можуть рухатися швидше за швидкість світла, що може накласти обмеження на те, що ми спостерігаємо в нашому Всесвіті. По суті, галактики, що рухаються швидше за швидкість світла, перетнули б "космологічний обрій подій", де вони більше не видно для нас.

Крім того, до 1990-х виміри червоного усунення далеких галактик показали, що розширення Всесвіту прискорюється за останні кілька мільярдів років. Це призвело до теорії "Темної Енергії", де невидима сила рухає розширенням самого простору, а не об'єктів, що рухаються через нього (при цьому не поставивши обмеження на швидкість світла або порушення відносності).

Поряд із спеціальною та загальною теорією відносності сучасне значенняШвидкість світла у вакуумі сформувалося з космології, квантової механіки та Стандартної моделі фізики елементарних частинок. Вона залишається постійною, коли йдеться про верхню межу, з якою можуть рухатися безмасові частинки і залишається недосяжним бар'єром для часток, що мають масу.

Ймовірно, колись ми знайдемо спосіб перевищити швидкість світла. Поки ми не маємо практичних ідей про те, як це може відбуватися, схоже "розумні гроші" на технологіях дозволять нам обійти закони простору-часу, або шляхом створення варп-бульбашок (ака. варп-двигун Алькуб'єрре) або тунелювання через нього (ака. червоточини).

Що таке червоточини?

До цього часу ми будемо змушені задовольнятися Всесвіту, яку ми бачимо, і дотримуватися дослідження тієї частини, до якої можна дістатися за допомогою звичайних методів.

Назва прочитаної вами статті "Що таке швидкість світла?".

Швидкістю світла називають відстань, що світло проходить за одиницю часу. Ця величина залежить від цього, у якому речовині поширюється світло.

У вакуумі швидкість світла дорівнює 299792458 м/с. Це найвища швидкість, яка може бути досягнута. При вирішенні завдань, що не потребують особливої ​​точності, цю величину приймають 300 000 000 м/с. Передбачається, що зі швидкістю світла у вакуумі поширюються всі види електромагнітного випромінювання: радіохвилі, інфрачервоне випромінювання, видиме світло, ультрафіолетове випромінювання, рентгенівське випромінювання, гамма-випромінювання. Позначають її літерою з .

Як визначили швидкість світла

В античні часи вчені вважали, що швидкість світла нескінченна. Пізніше у вченому середовищі почалися дискусії з цього питання. Кеплер, Декарт і Ферма були згодні з думкою античних вчених. А Галілей і Гук вважали, що хоча швидкість світла дуже велика, все-таки вона має кінцеве значення.

Галілео Галілей

Одним із перших швидкість світла спробував виміряти італійський вчений Галілео Галілей. Під час експерименту він та його помічник перебували на різних пагорбах. Галілей відкривав заслінку на своєму ліхтарі. У той момент, коли помічник бачив це світло, він мав проробити ті самі дії зі своїм ліхтарем. Час, за який світло проходив шлях від Галілея до помічника і назад, виявилося таким коротким, що Галілей зрозумів, що швидкість світла дуже велика, і на такій короткій відстані її виміряти неможливо, оскільки світло поширюється практично миттєво. А зафіксований ним час показує лише швидкість реакції людини.

Вперше швидкість світла вдалося визначити в 1676 датському астроному Олафу Ремеру за допомогою астрономічних відстаней. Спостерігаючи за допомогою телескопа затемнення супутника Юпітера Іо, він виявив, що в міру віддалення Землі від Юпітера кожне наступне затемнення настає пізніше, ніж було розраховано. Максимальне запізнення, коли Земля переходить в інший бік від Сонця і віддаляється від Юпітера на відстань, що дорівнює діаметру земної орбіти, становить 22 години. Хоча на той час точний діаметр Землі був відомий, учений розділив його приблизну величину на 22 години і отримав значення близько 220 000 км/с.

Олаф Ремер

Результат, отриманий Ромером, викликав недовіру вчених. Але в 1849 р. французький фізик Арман Іполит Луї Фізо виміряв швидкість світла методом затвора, що обертається. У його досвіді світло від джерела проходило між зубами обертового колеса і прямувало на дзеркало. Відбитий від нього він повертався назад. Швидкість обертання колеса зростала. Коли вона досягала якогось певного значення, відбитий від дзеркала промінь затримувався зубцем, що перемістився, і спостерігач в цей момент нічого не бачив.

Досвід Фізо

Фізо обчислив швидкість світла в такий спосіб. Світло проходить шлях L від колеса до дзеркала за час, що дорівнює t 1 = 2L/c . Час, за який колесо робить поворот на ½ прорізу, дорівнює t 2 = T/2N , де Т - Період обертання колеса, N - Кількість зубців. Частота обертів v = 1/T . Момент, коли спостерігач не бачить світла, настає при t 1 = t 2 . Звідси отримуємо формулу визначення швидкості світла:

з = 4LNv

Провівши обчислення за цією формулою, Фізо визначив, що з = 313000000 м/с. Цей результат був набагато точнішим.

Арман Іполит Луї Фізо

У 1838 р. французький фізик і астроном Домінік Франсуа Жан Араго запропонував використовувати для обчислення швидкості світла метод обертових дзеркал. Цю ідею здійснив на практиці французький фізик, механік і астроном Жан Бернар Леон Фуко, який отримав в 1862 значення швидкості світла (298 000 000 ± 500 000) м / с.

Домінік Франсуа Жан Араго

У 1891 р. результат американського астронома Саймона Ньюкома виявився на порядок точнішим за результат Фуко. В результаті його обчислень з = (99810000 ± 50000) м / с.

Дослідження американського фізика Альберта Абрахама Майкельсона, який використовував установку з восьмигранним дзеркалом, що обертається, дозволили ще точніше визначити швидкість світла. У 1926 р. вчений виміряв час, за який світло проходило відстань між вершинами двох гір, що дорівнює 35,4 км, і отримав з = (299796000±4 000) м/с.

Найточніший вимір було проведено в 1975 р. Цього ж року Генеральна конференція з мір і ваг рекомендувала вважати швидкість світла, що дорівнює 299 792 458 ± 1,2 м/с.

Від чого залежить швидкість світла

Швидкість світла у вакуумі не залежить від системи відліку, ні від положення спостерігача. Вона залишається постійною величиною, яка дорівнює 299 792 458 ± 1,2 м/с. Але в різних прозорих середовищах ця швидкість буде нижчою за його швидкість у вакуумі. Будь-яке прозоре середовище має оптичну густину. І чим вона вища, тим із меншою швидкістю поширюється в ній світло. Так, наприклад, швидкість світла в повітрі вища за його швидкість у воді, а в чистому оптичному склі менше, ніж у воді.

Якщо світло переходить з менш щільного середовища в щільніше, його швидкість зменшується. А якщо перехід походить з більш щільного середовища в менш щільне, швидкість, навпаки, збільшується. Цим пояснюється, чому світловий промінь відхиляється межі переходу двох середовищ.

Поділіться з друзями або збережіть для себе:

Завантаження...