المحاولات الأولى لتحديد سرعة الضوء. كيف تم قياس سرعة الضوء وما هي قيمته الحقيقية

الكون يشارك في التجارب

الطريقة التي استحوذ بها Le Verrier على خيال العلماء. بدأت حركة نبتون تتم مراقبتها عن كثب وسرعان ما اكتشفت مثل هذه الاختلافات المهمة بين المدارات المرصودة والنظرية للنجم الجديد بحيث لا يمكن تفسير ذلك إلا من خلال وجود كوكب آخر يقع خارج نبتون!

في 18 فبراير 1930 ، اكتشف عالم الفلك الشاب كلايد تومبو من مرصد لوفيل في أمريكا أخيرًا (على مسافة تقارب ثلاثة أضعاف نصف قطر مدار نبتون) كوكبًا جديدًا في النظام الشمسي ، والذي تم تسميته بلوتو. وهكذا أكد تومبو حسابات الفلكيين النظريين المشهورين بيرسيفال لوفيل وويليام بيكرينغ.

حقاً ، كما قال عالم البصريات والفلك الفرنسي الشهير فرانسوا أراغو ، "... العيون العقلية يمكن أن تحل محل التلسكوبات القوية ...".

هناك تسعة كواكب رئيسية في النظام الشمسي: عطارد ، الزهرة ، الأرض ، المريخ ، المشتري ، زحل ، أورانوس ، نبتون ، بلوتو. يوجد بين المريخ والمشتري عدد كبير من الكواكب الصغيرة تسمى الكويكبات. ومع ذلك ، يواصل علماء الفلك البحث عن كواكب جديدة.

أظهرت التوقعات النظرية أنه حتى الآن لا تتأثر حركات الأجرام السماوية في النظام الشمسي بجاذبية النجوم البعيدة وأنظمة الكواكب الأخرى في مجرتنا. يجب أن "تجذب" الشمس الكواكب الصغيرة والكبيرة إلى نفسها. تمتد قوة جاذبية الشمس على مسافة تزيد بمقدار 200 ألف مرة عن المسار من الأرض إلى الشمس!

لا يمكن ألا يكون هناك أجرام سماوية كثيفة في مثل هذا الفضاء الشاسع ، على الرغم من أن البحث حتى الآن عن الكوكب العاشر للنظام الشمسي بمساعدة أقوى التلسكوبات الحديثة لم ينجح ...

كما نرى ، فإن الميكانيكا السماوية تؤكد بشكل ثابت قوانين ميكانيكا الأرض ، التي اشتقها نيوتن. لا تسمح حركة الأجرام السماوية ، كما ظهر في زمن نيوتن ، باختبار قانون الجاذبية الكونية فحسب ، بل تمنح الباحثين أيضًا وسيلة ممتازة لفهمهم. تحديد سرعة الضوء.

من الغريب أن غاليليو لم يخمن مثل هذه الطريقة ، الذي قدم فقط تجربة باستخدام الفوانيس لهذا الغرض. يقف شخصان على مسافة كبيرة من بعضهما البعض ويحملان الفوانيس في أيديهما ويلاحظان الوقت الذي سيتغلب فيه ضوء الفانوس المضاء فجأة على المسافة بينهما. التجربة ، للأسف ، غير عملية تمامًا بسبب السرعة العالية للضوء ...

كيف تم قياس سرعة الضوء؟

في سبتمبر 1676 شاب دنماركي أولاف رومر، الذي عمل في مرصد باريس ، قدم تقريرًا إلى الأكاديمية الفرنسية للعلوم ، وصف فيه كيف يمكن ، باستخدام دوران الأرض حول الشمس ، تحديد سرعة الضوء.

لاحظ رومر خلال بحثه حركة أحد أقمار كوكب المشتري. كان وقت ثورة كاملة للقمر الصناعي حول الكوكب ثابتًا تمامًا ومعروفًا جيدًا لعلماء الفلك. لاحظ رومر: إذا كانت الأرض ، أثناء دورانها حول الشمس ، في نقطة المدار الأكثر بعدًا عن كوكب المشتري ، فإن الفلكيين يرصدون دخول القمر الصناعي إلى ظل المشتري بعد 22 دقيقة من اللحظة التي تكون فيها الأرض. الأقرب إلى المشتري. خمّن رومر سبب هذه الظاهرة الغريبة - يستغرق الضوء 22 دقيقة ليغطي المسافة من أقرب نقطة إلى أبعد نقطة في مدار الأرض من كوكب المشتري. بمعرفة الوقت الذي يقضيه الضوء في ذلك ، وحساب قطر مدار الأرض ، يمكننا بسهولة تحديد سرعة الضوء!

ربما كانت هذه واحدة من الحالات الأولى في تاريخ العلم عندما استخدم عالم الكون كمختبر طبيعي عملاق ...

حصل رومر على قيم سرعة الضوء ، والتي تقل مرة ونصف عن القيم الحديثة لهذه القيمة. لكن لا يمكن لأحد أن يلومه على هذا: فنحن نعرف بالأدوات التي قاسها غاليليو جاليلي معاصره العظيم للوقت.

استخدم الفيزيائيون الطريقة الفلكية لقياس سرعة الضوء على نطاق واسع خلال القرون الثلاثة التي مرت منذ ملاحظات وحسابات رويمر. الآن القيمة المقبولة عمومًا هي سرعة الضوء في الفراغ ، والتي تساوي 299.79 ألف كيلومتر في الثانية.

في القرن التاسع عشر ، تعلموا تحديد سرعة الضوء على الأرض. حقق الفيزيائي الأمريكي ألبرت ميكلسون درجة عالية من الكمال في هذه التجارب. تم وضع جهازه الضخم المعقد مع العديد من المرايا التي تطيل مسار الضوء على لوح حجري بمساحة 1.5 م 2 وسماكة 30 سم. لتجنب أدنى اهتزاز ممكن للجهاز ، تم ملء حامل الموقد بالزئبق.

وجد ميكلسون أن سرعة الضوء لا تعتمد على اتجاه الشعاع ، ولا يتأثر انتشار الضوء بدوران الأرض. ربما تكون الشمولية الاستثنائية لتجارب ميكلسون ، والدقة العالية التي تحققت في بداية القرن التاسع عشر في تحديد القيمة الحقيقية لسرعة الضوء ، هي التي دفعت ألبرت أينشتاين إلى اعتبار سرعة الضوء في الفراغ هي أعلى سرعة ممكنة في الطبيعة. . هذه الفكرة هي واحدة من أهم الافتراضات لنظرية النسبية التي أنشأها أينشتاين - وهي النظرية الأكثر عمومية للحركة ، والتي تم فيها تضمين قوانين نيوتن كحالة خاصة.

حقا كيف؟ كيفية قياس أعلى سرعة في كونفي ظروفنا الأرضية المتواضعة؟ لم نعد بحاجة إلى حل اللغز بشأن هذا - بعد كل شيء ، لعدة قرون ، عمل الكثير من الناس على هذه المشكلة ، حيث طوروا طرقًا لقياس سرعة الضوء. لنبدأ القصة بالترتيب.

سرعة الضوءهي سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ. يشار إليه بالحرف اللاتيني ج. سرعة الضوء حوالي 300.000.000 م / ث.

في البداية ، لم يفكر أحد على الإطلاق في مسألة قياس سرعة الضوء. هناك ضوء - هذا رائع. ثم ، في عصر العصور القديمة ، ساد الرأي القائل بأن سرعة الضوء لا نهائية ، أي لحظية ، بين الفلاسفة العلميين. ثم كان العصور الوسطىمع محاكم التفتيش ، عندما كان السؤال الرئيسي في التفكير والتقدمي هو السؤال "كيف لا ندخل في النار؟" وفقط في العصر عصر النهضةو تنويرلقد ولدت آراء العلماء وانقسمت بالطبع.

لذا، ديكارت, كبلرو مزرعةكانت من نفس رأي علماء العصور القديمة. لكنه اعتقد أن سرعة الضوء محدودة ، وإن كانت عالية جدًا. في الواقع ، قام بأول قياس لسرعة الضوء. بتعبير أدق ، قام بأول محاولة لقياسه.

تجربة جاليليو

خبرة جاليليو جاليليكانت رائعة في بساطتها. أجرى العالم تجربة لقياس سرعة الضوء ، مسلحة بوسائل مرتجلة بسيطة. على مسافة كبيرة ومعروفة عن بعضهما البعض ، وعلى تلال مختلفة ، وقف جاليليو ومساعده بفوانيس مضاءة. فتح أحدهم المصراع على الفانوس ، وكان على الثاني أن يفعل الشيء نفسه عندما رأى ضوء الفانوس الأول. بمعرفة المسافة والوقت (التأخير قبل أن يفتح المساعد الفانوس) ، توقع جاليليو أن يحسب سرعة الضوء. لسوء الحظ ، لكي تنجح هذه التجربة ، كان على جاليليو ومساعده تحديد التلال التي تفصل بينها عدة ملايين من الكيلومترات. أود أن أذكرك أنه يمكنك ذلك عن طريق ملء طلب على الموقع.

تجارب رومر وبرادلي

كانت أول تجربة ناجحة ودقيقة بشكل مدهش في تحديد سرعة الضوء هي تجربة عالم الفلك الدنماركي أولاف رومر. طبق رومر الطريقة الفلكية لقياس سرعة الضوء. في عام 1676 ، لاحظ قمر المشتري Io من خلال تلسكوب ووجد أن وقت خسوف القمر الصناعي يتغير مع تحرك الأرض بعيدًا عن المشتري. كان الحد الأقصى لوقت التأخير 22 دقيقة. بافتراض أن الأرض تبتعد عن كوكب المشتري على مسافة قطر مدار الأرض ، قسّم رومر القيمة التقريبية للقطر على زمن التأخير ، وحصل على 214000 كيلومتر في الثانية. بالطبع ، كان مثل هذا الحساب تقريبيًا للغاية ، ولم تكن المسافات بين الكواكب معروفة إلا تقريبًا ، لكن تبين أن النتيجة قريبة نسبيًا من الحقيقة.

تجربة برادلي. في عام 1728 جيمس برادليقدر سرعة الضوء بملاحظة انحراف النجوم. انحرافهو تغيير في الموقع الظاهري للنجم بسبب حركة الأرض في مداره. بمعرفة سرعة الأرض وقياس زاوية الانحراف ، حصل برادلي على قيمة 301،000 كيلومتر في الثانية.

تجربة فيزو

تم التعامل مع نتيجة تجربة رومر وبرادلي بارتياب من قبل العالم العلمي آنذاك. ومع ذلك ، كانت نتيجة برادلي هي الأكثر دقة لأكثر من مائة عام ، حتى عام 1849. في ذلك العام العالم الفرنسي أرماند فيزوقاس سرعة الضوء باستخدام طريقة الغالق الدوار ، دون مراقبة الأجرام السماوية ، ولكن هنا على الأرض. في الواقع ، كانت هذه أول طريقة معملية بعد جاليليو لقياس سرعة الضوء. يوجد أدناه رسم تخطيطي لإعداد المختبر.

مر الضوء المنعكس من المرآة عبر أسنان العجلة وانعكس من مرآة أخرى على بعد 8.6 كيلومترات. تمت زيادة سرعة العجلة حتى يصبح الضوء مرئيًا في الفجوة التالية. أعطت حسابات Fizeau نتيجة 313000 كيلومتر في الثانية. بعد مرور عام ، أجرى ليون فوكو تجربة مماثلة باستخدام مرآة دوارة ، وحصل على نتيجة تبلغ 298 ألف كيلومتر في الثانية.

مع ظهور أجهزة الليزر والليزر ، أصبح لدى الناس فرص وطرق جديدة لقياس سرعة الضوء ، كما أتاح تطور النظرية إمكانية حساب سرعة الضوء بشكل غير مباشر ، دون إجراء قياسات مباشرة.

أدق قيمة لسرعة الضوء

اكتسبت البشرية خبرة واسعة في قياس سرعة الضوء. حتى الآن ، تعتبر القيمة الأكثر دقة لسرعة الضوء هي القيمة 299792458 مترًا في الثانيةاستقبل عام 1983. من المثير للاهتمام أن القياس الأكثر دقة لسرعة الضوء تبين أنه مستحيل بسبب أخطاء في القياس أمتار. الآن قيمة العداد مرتبطة بسرعة الضوء وتساوي المسافة التي يقطعها الضوء في 1 / 299،792،458 ثانية.

أخيرًا ، كما هو الحال دائمًا ، نقترح مشاهدة مقطع فيديو إعلامي. أيها الأصدقاء ، حتى إذا كنت تواجه مهمة مثل قياس سرعة الضوء بشكل مستقل بوسائل مرتجلة ، يمكنك اللجوء بأمان إلى مؤلفينا للحصول على المساعدة. يمكنك ملء طلب على موقع الويب الخاص بالمراسلات. نتمنى لك دراسة ممتعة وسهلة!

1) لأول مرة تم قياس سرعة الضوء بواسطة العالم الدنماركي رومر عام 1676 باستخدام الطريقة الفلكية. سجل الوقت الذي كان فيه أكبر أقمار المشتري ، آيو ، في ظل هذا الكوكب الضخم.

أجرى رومر القياسات في اللحظة التي كان فيها كوكبنا أقرب ما يكون إلى المشتري ، وفي الوقت الذي كنا فيه بعيدًا قليلاً عن كوكب المشتري من الناحية الفلكية. في الحالة الأولى ، كانت الفترة الفاصلة بين الفاشيات 48 ساعة و 28 دقيقة. في الحالة الثانية ، تأخر القمر الصناعي لمدة 22 دقيقة. من هذا استنتج أن الضوء يحتاج إلى 22 دقيقة ليقطع المسافة من مكان الملاحظة السابقة إلى مكان الملاحظة الحالية. وهكذا ، تم إثبات نظرية السرعة المحدودة للضوء ، وحُسبت سرعته تقريبًا ؛ فقد كانت حوالي 299.800 كم / ث.

2) تسمح لك الطريقة المخبرية بتحديد سرعة الضوء على مسافة صغيرة وبدقة كبيرة. أجرى فوكو التجارب المعملية الأولى ، ثم فيزو.

العلماء وتجاربهم

لأول مرة ، تم تحديد سرعة الضوء في عام 1676 بواسطة O.K Römer عن طريق تغيير الفترات الزمنية بين كسوف أقمار المشتري. في عام 1728 ، أسسها ج. برادلي ، بناءً على ملاحظاته لانحراف ضوء النجوم. في عام 1849 ، كان A.I.L. Fizeau أول من يقيس سرعة الضوء بحلول الوقت الذي يستغرقه الضوء لقطع مسافة معروفة بدقة (القاعدة) ، نظرًا لأن معامل الانكسار للهواء يختلف قليلاً عن 1 ، فإن القياسات الأرضية تعطي قيمة قريب جدا من السرعة.

تجربة فيزو

تجربة Fizeau هي تجربة لتحديد سرعة الضوء في الوسائط المتحركة (الأجسام) ، أجراها لويس فيزو عام 1851. توضح التجربة تأثير الجمع النسبي للسرعات. يرتبط اسم Fizeau أيضًا بالتجربة الأولى حول تحديد المختبر لسرعة الضوء.

في تجربة Fizeau ، تمت مقاطعة شعاع الضوء من مصدر الضوء S ، المنعكس بواسطة مرآة شبه شفافة 3 ، بشكل دوري بواسطة قرص مسنن دوار 2 ، ومرر القاعدة 4-1 (حوالي 8 كم) ، وانعكس من المرآة 1 ، وعاد على القرص. عند السقوط على السن ، لا يصل الضوء إلى المراقب ، ويمكن ملاحظة الضوء الذي يسقط في الفجوة بين الأسنان من خلال العدسة 4. تم تحديد وقت مرور الضوء عبر القاعدة من دوران القرص المعروف سرعات. حصل Fizeau على القيمة c = 313300 كم / ثانية.

تجربة فوكو

في عام 1862 ، أدرك ج. انعكس شعاع الضوء من المرآة على القاعدة وعند عودته سقط مرة أخرى على نفس المرآة التي كان لديها وقت للالتفاف بزاوية صغيرة. مع قاعدة 20 مترًا فقط ، وجد فوكو أن سرعة الضوء تبلغ 298000 و 500 كم / ثانية. تم استخدام المخططات والأفكار الأساسية لطرق Fizeau و Foucault بشكل متكرر في الأعمال اللاحقة حول تحديد سرعة الضوء.

تحديد سرعة الضوء بطريقة المرآة الدوارة (طريقة فوكو): S - مصدر الضوء ؛ R مرآة تدور بسرعة ؛ C هي مرآة مقعرة ثابتة يتزامن مركزها مع محور الدوران R (لذلك ، فإن الضوء المنعكس بواسطة C يضرب دائمًا R للخلف) ؛ M مرآة شبه شفافة ؛ L - العدسة E - العدسة RC - المسافة المقاسة بدقة (القاعدة). يُظهر الخط المنقط الموضع R ، والذي تغير خلال الوقت الذي ينتقل فيه الضوء عبر المسار RC والعودة ، ومسار عودة شعاع الأشعة عبر العدسة L ، التي تجمع الشعاع المنعكس عند النقطة S '، وليس عند النقطة S ، كما هو الحال مع مرآة ثابتة R. يتم ضبط سرعة الضوء عن طريق قياس الإزاحة SS '.

كانت القيمة c = 299796 4 km / s التي حصل عليها A. Michelson في عام 1926 هي الأكثر دقة وتم تضمينها في الجداول الدولية للكميات الفيزيائية. الألياف الضوئية ذات سرعة الضوء

لعب قياس سرعة الضوء في القرن التاسع عشر دورًا كبيرًا في الفيزياء ، مما زاد من تأكيد نظرية موجات الضوء. أظهرت مقارنة فوكو لسرعة الضوء بنفس التردد في الهواء والماء عام 1850 أن السرعة في الماء هي u = c / n (n) وفقًا لتنبؤ نظرية الموجة. تم أيضًا إنشاء ارتباط البصريات بنظرية الكهرومغناطيسية: تزامنت السرعة المقاسة للضوء مع سرعة الموجات الكهرومغناطيسية ، محسوبة من نسبة الوحدات الكهرومغناطيسية والكهرباء الساكنة للشحنة الكهربائية.

في القياسات الحديثة لسرعة الضوء ، يتم استخدام طريقة Fizeau الحديثة مع استبدال عجلة التروس بتداخل أو بعض المغير الضوئي الآخر الذي يقطع أو يخفف شعاع الضوء تمامًا. مستقبل الإشعاع هو خلية ضوئية أو مضاعف كهروضوئي. إن استخدام الليزر كمصدر للضوء ، ومعدِّل الموجات فوق الصوتية بتردد ثابت وزيادة دقة قياس طول القاعدة سيقلل من أخطاء القياس ويحصل على القيمة c = 299792.5 0.15 km / s. بالإضافة إلى القياسات المباشرة لسرعة الضوء من وقت مرور قاعدة معروفة ، يتم استخدام الطرق غير المباشرة على نطاق واسع ، مما يعطي دقة أكبر.

يعتبر القياس الأكثر دقة للقيمة "c" مهمًا للغاية ليس فقط من الناحية النظرية العامة ولتحديد قيم الكميات المادية الأخرى ، ولكن أيضًا لأغراض عملية. لهم ، على وجه الخصوص. يتضمن ذلك تحديد المسافات في وقت مرور إشارات الراديو أو الضوء في الرادار والموقع البصري ومدى الضوء والقياسات الأخرى المماثلة.

النطاق الخفيف

جهاز كشف مدى الضوء هو جهاز جيوديسي يسمح بقياس مسافات عشرات (أحيانًا مئات) من الكيلومترات بدقة عالية (تصل إلى عدة مليمترات). لذلك ، على سبيل المثال ، تم قياس المسافة من الأرض إلى القمر باستخدام أداة تحديد مدى الضوء بدقة تصل إلى عدة سنتيمترات.

جهاز تحديد المدى بالليزر - جهاز لقياس المسافات باستخدام شعاع الليزر.

في عام 1676 قدم عالم الفلك الدنماركي أولي رومر أول تقدير تقريبي لسرعة الضوء. لاحظ رومر تباينًا طفيفًا في مدة كسوف أقمار المشتري وخلص إلى أن حركة الأرض ، سواء اقتربت من المشتري أو تبتعد عنه ، غيّرت المسافة التي ينعكس الضوء عن الأقمار الصناعية.

بقياس حجم هذا التناقض ، حسب رومر أن سرعة الضوء كانت 219،911 كيلومترًا في الثانية. في تجربة لاحقة في عام 1849 ، وجد الفيزيائي الفرنسي أرماند فيزو أن سرعة الضوء كانت 312873 كيلومترًا في الثانية.

كما هو مبين في الشكل أعلاه ، يتكون الإعداد التجريبي لـ Fizeau من مصدر ضوء ، مرآة نصف شفافة تعكس فقط نصف الضوء الساقط عليها ، مما يسمح للباقي بالمرور وراء الترس الدوار والمرآة الثابتة. عندما اصطدم الضوء بمرآة نصف شفافة ، انعكس على عجلة تروس ، والتي قسمت الضوء إلى أشعة. بعد المرور عبر نظام من عدسات التركيز ، ينعكس كل شعاع ضوئي من مرآة ثابتة ويعود مرة أخرى إلى عجلة التروس. من خلال إجراء قياسات دقيقة للسرعة التي تمنع بها عجلة التروس الحزم المنعكسة ، تمكن Fizeau من حساب سرعة الضوء. قام زميله جان فوكو بتحسين هذه الطريقة بعد عام ووجد أن سرعة الضوء تبلغ 297878 كيلومترًا في الثانية. تختلف هذه القيمة قليلاً عن القيمة الحديثة البالغة 299،792 كيلومترًا في الثانية ، والتي يتم حسابها بضرب الطول الموجي وتردد إشعاع الليزر.

تجربة فيزو

كما هو موضح في الأشكال أعلاه ، ينتقل الضوء للأمام وللخلف عبر نفس الفجوة بين أسنان العجلة إذا كانت تدور ببطء (الشكل السفلي). إذا كانت العجلة تدور بسرعة (الصورة العلوية) ، فإن الترس المجاور يحجب الضوء العائد.

نتائج فيزو

من خلال وضع المرآة على مسافة 8.64 كيلومترات من العجلة المسننة ، حدد فيزو أن سرعة دوران العجلة المسننة المطلوبة لمنع شعاع الضوء العائد كانت 12.6 دورة في الثانية. بمعرفة هذه الأرقام ، بالإضافة إلى المسافة التي يقطعها الضوء والمسافة التي يجب أن يقطعها الترس لحجب شعاع الضوء (يساوي عرض الفجوة بين أسنان العجلة) ، فقد حسب أنه يأخذ شعاع الضوء 0.000055 ثانية لقطع المسافة من عجلة التروس إلى المرآة والظهر. بقسمة المسافة الإجمالية التي قطعها الضوء في هذا الوقت وهي 17.28 كيلومترًا ، حصل Fizeau على سرعته البالغة 312.873 كيلومترًا في الثانية.

تجربة فوكو

في عام 1850 ، قام الفيزيائي الفرنسي جان فوكو بتحسين تقنية فيزو من خلال استبدال عجلة التروس بمرآة دوارة. وصل الضوء من المصدر إلى المراقب فقط عندما قامت المرآة بدوران كامل بزاوية 360 درجة خلال الفترة الزمنية بين رحيل وعودة شعاع الضوء. باستخدام هذه الطريقة ، حصل فوكو على قيمة 297878 كيلومترًا في الثانية لسرعة الضوء.

الوتر الأخير في قياسات سرعة الضوء.

مكّن اختراع الليزر الفيزيائيين من قياس سرعة الضوء بدقة أكبر بكثير من أي وقت مضى. في عام 1972 ، قام العلماء في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا بقياس الطول الموجي وتردد شعاع الليزر بعناية وثبتوا سرعة الضوء ، نتاج هذين المتغيرين ، عند 299792458 مترًا في الثانية (186282 ميلًا في الثانية). كانت إحدى نتائج هذا القياس الجديد قرار المؤتمر العام للأوزان والمقاييس باعتماد مقياس مرجعي (3.3 قدم) المسافة التي يقطعها الضوء في 1/299792458 من الثانية. وهكذا / فإن سرعة الضوء ، أهم ثابت أساسي في الفيزياء ، تُحسب الآن بدرجة عالية من اليقين ، ويمكن تحديد المقياس المرجعي بدقة أكبر بكثير من أي وقت مضى.

تم تحديد سرعة الضوء لأول مرة في عام 1676 بواسطة Ole Römer من التغيير في الفترات الزمنية بين كسوف قمر المشتري Io.

نتعرف أولاً على ظاهرة الضوء في الصف التاسع. في الحادي عشر ، بدأنا في دراسة المادة الأكثر إثارة للاهتمام حول ماهية سرعة الضوء.
اتضح أن تاريخ اكتشاف هذه الظاهرة لا يقل أهمية عن الظاهرة نفسها.

دفعت احتياجات التجارة ، التي تطورت بسرعة ، والأهمية المتزايدة للملاحة ، الأكاديمية الفرنسية للعلوم إلى تحسين الخرائط الجغرافية ، والتي تتطلب ، على وجه الخصوص ، طريقة أكثر موثوقية لتحديد خط الطول الجغرافي. تمت دعوة Ole Roemer ، عالم الفلك الدنماركي الشاب ، للعمل في مرصد باريس الجديد.

اقترح العلماء استخدام ظاهرة سماوية يتم رصدها يوميًا في نفس الساعة لتحديد توقيت باريس والوقت على متن السفينة. من هذه الظاهرة ، يمكن للملاح أو الجغرافيين معرفة الوقت الباريسي. إحدى هذه الظواهر ، التي يمكن رؤيتها من أي مكان على الأرض أو البحر ، هي كسوف أحد أقمار المشتري الأربعة الكبيرة التي اكتشفها جاليليو في عام 1609.

مر القمر الصناعي Io من أمام الكوكب ، ثم انغمس في ظله واختفى عن الأنظار. ثم عاد للظهور مرة أخرى مثل مصباح وامض. كان الفاصل الزمني بين فاشيتين 42 ساعة و 28 دقيقة. أظهرت نفس القياسات التي تم إجراؤها بعد ستة أشهر أن القمر الصناعي تأخر ، وخرج من الظل بعد 22 دقيقة من الوقت الذي يمكن حسابه بناءً على معرفة الفترة المدارية لآيو. نتيجة السرعة غير دقيقة بسبب التعريف غير الصحيح لوقت التأخر.

في عام 1849 ، أجرى الفيزيائي الفرنسي أرماند هيبوليت لويس فيزو تجربة معملية لقياس سرعة الضوء. خيارات إعداد Fizeau هي كما يلي. يقع مصدر الضوء والمرآة في منزل والد فيزو بالقرب من باريس ، والمرآة 2 كانت موجودة في مونمارتر. كانت المسافة بين المرايا 8.66 كم ، وكان للعجلة 720 سنًا. تم تدويرها تحت تأثير آلية الساعة التي تم ضبطها بواسطة وزن تنازلي. باستخدام عداد دورات ومقياس كرونومتر ، وجد Fizeau أن التعتيم الأول حدث بسرعة عجلة تبلغ 12.6 دورة في الدقيقة.

مر الضوء من المصدر عبر أسنان العجلة الدوارة وانعكس من المرآة وعاد مرة أخرى إلى عجلة التروس. لنفترض أن السن وفتحة عجلة التروس لهما نفس العرض وأن مكان الفتحة على العجلة مشغول بالسن المجاور. ثم يتم حجب الضوء بواسطة السن وسيصبح داكنًا في العدسة العينية. باستخدام طريقة الغالق الدوار ، حصل Fizeau على سرعة الضوء: 3.14.105 كم / ثانية.

في ربيع عام 1879 ، ذكرت صحيفة نيويورك تايمز: "ظهر نجم لامع جديد في الأفق العلمي لأمريكا. الملازم الثاني في الخدمة البحرية ، خريج الأكاديمية البحرية في أنابوليس ، ألبرت ميكلسون ، الذي لم يبلغ من العمر 27 عامًا بعد. قديم ، حقق نجاحًا باهرًا في مجال البصريات: قام بقياس سرعة الضوء! يشار إلى أنه في الامتحانات النهائية في الأكاديمية ، كان لدى ألبرت مسألة قياس سرعة الضوء. من كان يتخيل أنه في وقت قصير سيدخل ميكلسون نفسه في تاريخ الفيزياء كمقياس لسرعة الضوء.

قبل ميكلسون ، تمكن عدد قليل فقط (كلهم من الفرنسيين) من قياسه باستخدام الوسائل الأرضية. وفي القارة الأمريكية قبله ، لم يحاول أحد حتى إجراء هذه التجربة الصعبة.

يقع تركيب ميكلسون على قمتين جبليتين تفصل بينهما مسافة 35.4 كم. كانت المرآة عبارة عن منشور فولاذي مثمن الأضلاع على جبل سان أنطونيو في كاليفورنيا ، وكان التثبيت نفسه يقع على جبل ويلسون. بعد الانعكاس من المنشور ، سقط شعاع الضوء على نظام من المرايا أعادته مرة أخرى. لكي تصل الشعاع إلى عين الراصد ، يجب أن يكون للمنشور الدوار ، أثناء انتشار الضوء ذهابًا وإيابًا ، وقتًا للدوران على الأقل 1/8 دورة.

كتب ميشيلسون: "حقيقة أن سرعة الضوء هي فئة بعيدة عن متناول الخيال البشري ، وأنه من ناحية أخرى ، يمكن قياسها بدقة غير عادية ، تجعل تعريفها أحد أكثر المشاكل الرائعة التي يمكن للمحققين القيام بها. وجه.
تم الحصول على أدق قياس لسرعة الضوء في عام 1972 من قبل العالم الأمريكي ك. إيفنسون وزملاؤه. نتيجة للقياسات المستقلة للتردد والطول الموجي لقياس الليزر ، حصلوا على قيمة 299792456.2 ± 0.2 م / ث.

ومع ذلك ، في عام 1983 ، في اجتماع للجمعية العامة للأوزان والمقاييس ، تم اعتماد تعريف جديد للمتر (هذا هو طول المسار الذي يسلكه الضوء في الفراغ في 1/299792458 من الثانية) ، والذي من خلاله يتبع ذلك أن سرعة الضوء في الفراغ تساوي تمامًا c = 299792458 م / ث.

1676 - Ole Roemer - الطريقة الفلكية
ج = 2.22.108 م / ث

1849 - لويس فيزو - طريقة معملية
ج = 3.12.108 م / ث

1879 ألبرت ميكلسون - طريقة المختبر
C = 3،001.108 م / ث

1983 اجتماع الجمعية العمومية للأوزان والمقاييس
ق = 299792458 م / ث