A fénysebesség is fontos paramétere a fénynek, determinációja az optika fejlődéstörténetében nagyon különleges és fontos jelentőséggel bír, nemcsak az optikai kísérletek mélyreható fejlődésének elősegítése, hanem a hagyományos felfogás megtörése is. végtelen fénysebesség. A fizika elméleti tanulmányozásának fejlesztésében a fénysebesség meghatározása a részecskeelmélet és a vita fluktuációelmélete számára alapot ad az ítélkezéshez, végső soron pedig elősegíti az einsteini relativitáselmélet felfedezését és fejlődését.
Hogyan mérik a fény sebességét
1. Prológus a fénysebesség méréséhez
A fizikában vita volt a fénysebességről. Kepler és Descartes is úgy gondolta, hogy a fény idő nélkül és egy pillanat alatt terjed. Galilei úgy vélte, hogy a fénysebesség bár szokatlanul gyors, de mérhető, és 1607-ben Galilei végezte el a legkorábbi kísérletet a fénysebesség mérésére. Galilei mérési módszere az, hogy két embert hagyott állni egymástól 1,6093 km távolságra két hegy tetején, mindegyik egy-egy lámpával, aki először emeli fel a lámpát, amikor a második ember látta, hogy az első ember lámpája azonnal felemelte a saját lámpáját, aki először emeli fel a lámpát, hogy lássa a második személy lámpáját, az a fényterjedési idő közötti intervallum, majd a két hely közötti távolság szerint képes lesz megkapni a fény terjedési sebességét. A fény terjedési sebessége miatt azonban túl gyors, a megfigyelővel párosítva bizonyos reakcióidővel is rendelkeznie kell, így Galilei próbálkozásai nem jártak sikerrel, de Galilei kísérlete az emberiség történelmének nyitánya a fény terjedési sebességének mérésére. a tanulmány előjátéka.
2. Csillagászati mérés
1676-ban Rømer dán csillagász javasolt először egy hatékonyabb módszert a fénysebesség mérésére. Bármilyen periodikus folyamat használható "óraként", és sikerült megtalálnia a Jupiter óráját, amely nagyon távol van a Földtől: egy műholdat, amelyet bizonyos periódusokban elhomályosít a Jupiter. Megfigyelte, hogy a két egymást követő műholdfogyatkozás között eltelt idő, amikor a Föld visszamozdul a Jupiterből, hosszabb ideig tart, mint a Föld Jupiter felé irányuló mozgása, körülbelül 15 s. Romer a Jupiter műholdfogyatkozásainak megfigyelésén keresztül és a Föld pályaátmérőjének fénysebessége: 214300 km/s. ez a fénysebességből származó érték a különbség értékének pontossága nagyon nagy, de ez nem a mérési módszer nem megfelelő, a lényeg, hogy az akkor Ismerje meg a Föld pályájának sugarát csak közelítés, míg a műholdfogyatkozási periódus mérése nem elég pontos. Később a tudósok fényképes módszerrel mérték a Jupiter műholdfogyatkozási idejét, és a Föld pálya sugarának mérési pontossága is javult, a Romer-módszerrel a fény terjedési sebessége 299840 másodpercenként 60 km-en, nagyon közel a korszerű laboratóriumi mérések pontos értéke.
1728-ban Bradley angol csillagász a fény sebességét a csillagok fényvándorlási különbségének módszerével mérte meg. A Földön lévő csillagok megfigyelése közben Bradley észrevette, hogy a csillagok látszólagos helyzete folyamatosan változik, és egy éven belül úgy tűnt, hogy az összes csillag egy hétig egy ellipszis körül kering a zenit körül egyenlő félhosszúságú tengelyekkel. Ezt a jelenséget annak tulajdonította, hogy eltartott egy ideig, amíg a csillagok fénye eljutott a földig, és ezalatt a Föld forgási helyzetét megváltoztatta, amiből a fénysebességet 299 930 km-nek mérte. második.
3. Fogaskerék mérése
Fissot francia tudós 1849-ben használt először egy tervezett kísérleti eszközt a fény terjedési sebességének meghatározására, és mérési elve hasonló volt a Galileiéhez. A lencse fókuszpontjába, a lencse és a fényforrás közé egy pontszerű fényforrást helyezett el, hogy fogaskereket helyezzen, a lencsébe a másik lencse túlsó oldalának túloldalára és egy síktükörre, síktükör a második lencse fókuszában található. Pontos fényforrás által kibocsátott fény a fogaskerekeken és lencséken keresztül párhuzamos fénybe, párhuzamos fény a második lencsén keresztül, majd a síktükörben összegyűlt egy ponton, a síktükörben visszaverődés után az eredeti módon. Mivel a fogaskeréknek van rés és fogazata, amikor a fény áthalad a résen, amikor a megfigyelő láthatja a visszatérő fényt, amikor a fény véletlenül találkozik a fogakkal, elhomályosodik. Az elejétől a visszatérő lámpa első eltűnéséig eltelt idő az az idő, amennyire a lámpa megtesz egy körutat, és a fokozatok sebessége szerint ezt az időt nem nehéz kideríteni. Fischer így 315 000 kilométer/másodpercnek mérte a fény sebességét, és mivel a fogaskerekek egy bizonyos szélességűek voltak, nehéz volt pontosan megmérni a fény terjedési sebességét ezzel a módszerrel.
1850-ben Foucault francia fizikus továbbfejlesztette Fisso módszerét azzal, hogy csak egy lencsét, egy forgó síktükört és egy homorú tükröt használt. A párhuzamos fény a homorú tükör közepén konvergál a forgó síktükörön keresztül, és a síktükör azonos forgási sebességével meg lehet találni a fénysugár köridejét, és az így mért fénysebesség 298 ,000 km/s.
4. Mikrohullámú mérési módszer
Fényhullámok egy kis részét az elektromágneses spektrum, a tudósok az elektromágneses spektrum minden típusú elektromágneses hullám paramétereket végeznek precíziós méréseket. 1950-ben Eisen egy üreges rezonancia módszert javasolt a fénysebesség mérésére. A mérés elve a következő: Mikrohullám az üregen keresztül, ha frekvenciája egy bizonyos érték rezonál, a rezonancia hullámhossz λ és a kerület kerületének rezonancia ürege az R közötti kapcsolat, mint:
R=2.404825λ
És akkor a hullámhossz és a frekvencia szorzata szerint megkapja a fénysebességet. A rezonanciaüreg átmérőjének pontos mérésével meghatározható a pontos rezonancia hullámhossz, míg az üreg átmérője interferometriás módszerekkel, az elektromágneses frekvencia pedig lépésről lépésre differenciálfrekvenciás módszerrel pontosan meghatározható. Eisen az általa javasolt módszerrel 299792,5 s fénysebesség 1km/s mérésére, a mérési pontosság 10-7.
5. Lézeres mérés
1972-ben a Colorado állambeli Boulderben található National Institute of Standards and Technology (NIST) lézeres interferometriát használt a fénysebesség meghatározására, így c=299792456.2±1,1 m/s-ot és mérési pontosságot ért el. legfeljebb 10-9, ami 100-szor pontosabb, mint az előző mérés. Mivel a hasonló kísérletek hasonló értékeket adtak a fénysebességre vonatkozóan, az 1983-as 17. Nemzetközi Súly- és Mértékkonferencia 299792458m/s-ot ajánlott a fénysebesség értékének.
A fénysebesség mérések képi kronológiája
A fénysebesség több mint 300 éves mérési úton járt, és végre véglegesítették. A kutatás során a tudósok tökéletesen ötvözték az elméletet és a gyakorlatot, a számítást és a mérést, és végül megkapták a fénysebesség pontos értékét.
A fénysebesség meghatározása nemcsak a „mérő” egység meghatározását érinti, hanem a további kutatásokat is segíti. Az olyan szabványos mértékegységek, mint a fénysebesség és a „mérő” triviálisnak tűnhetnek, de tanúi voltak az emberi civilizáció fejlődésének. A tudománynak nincsenek határai, és az emberiség útja a világ felfedezésére még csak most kezdődött.
