Jak Najpierw zmierzono Szybkość Światła

2024 Autor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 09:39

Prędkość światła w próżni znajduje się w "dokładnie 299 792 458 metrów na sekundę". Powodem, dla którego dziś możemy umieścić na nim dokładną figurę, jest to, że prędkość światła w próżni jest uniwersalną stałą, która została zmierzona za pomocą laserów; a kiedy eksperyment obejmuje lasery, trudno jest spierać się z wynikami. Co do tego, dlaczego pojawia się ona w sposób rzucający się w oczy jako liczba całkowita, nie jest to zbieg okoliczności - długość licznika jest określana za pomocą tej stałej: "długość ścieżki przebytej przez światło w próżni w przedziale czasowym 1 / 299,792,458 sekundy."

Przed paroma setkami lat było ogólnie przyjęte lub przynajmniej zakładane, że prędkość światła jest nieskończona, podczas gdy w rzeczywistości jest tak naprawdę, naprawdę, naprawdę szybko - dla odniesienia, prędkość światła jest nieco wolniejsza niż najszybsza rzecz w znanym wszechświecie - czas odpowiedzi nastolatka, gdyby Justin Bieber powiedział na Twitterze: "Pierwszy, który odpowie na ten tweet, będzie moją nową dziewczyną".

Pierwszą znaną osobą kwestionującą całą "prędkość światła jest nieskończona" był filozof Empedokles z 5 wieku pne. Niecały wiek później Arystoteles nie zgodziłby się z Empedoklesem, a argument ten trwał ponad 2000 lat później.

Jedną z pierwszych wybitnych osób, które wymyśliły namacalny eksperyment, aby sprawdzić, czy światło ma prędkość, był holenderski naukowiec, Isaac Beeckman w 1629 roku. Mimo, że żyłem w czasach przed laserem - co dało mi dreszcze, które tylko myślałem - Beeckman rozumiał to. bez laserów podstawą każdego dobrego eksperymentu naukowego powinny być zawsze jakieś eksplozje; w ten sposób jego eksperyment polegał na detonacji prochu strzelniczego.

Beeckman umieszczał lustra w różnych odległościach od eksplozji i pytał obserwatorów, czy widzą jakąkolwiek różnicę, kiedy błysk światła odbity od każdego zwierciadeł dotarł do ich oczu. Jak można się domyślać, eksperyment był "nieprzekonywający".

Podobny, bardziej znany eksperyment, który nie obejmował eksplozji, był prawdopodobnie przeprowadzony lub przynajmniej zaproponowany przez Galileo Galilei niecałe dziesięć lat później w 1638 roku. Galileusz, podobnie jak Beeckman, również podejrzewał, że prędkość światła nie była nieskończona i zawierała odniesienia do eksperymentu z lampionami w niektórych jego pracach. Jego eksperyment (jeśli w ogóle go przeprowadził) polegał na umieszczeniu dwóch latarń na odległość mili i próbie sprawdzenia, czy między nimi nastąpiło zauważalne opóźnienie; wyniki były niejednoznaczne. Galileusz mógł jedynie domyślać się, że jeśli światło nie jest nieskończone, jest szybkie i że eksperymenty na tak małą skalę są skazane na niepowodzenie.

Dopiero duński astronom Ole Römer wszedł w walkę, której pomiary prędkości światła stały się poważne. W eksperymencie, który sprawił, że migające latarnie Galileo na wzgórzu wyglądają jak projekt naukowy w szkole podstawowej, Römer stwierdził, że w przypadku braku laserów i wybuchów eksperyment powinien zawsze obejmować kosmos. Dlatego też oparł swoje obserwacje na ruchu samych planet, ogłaszając przełomowe wyniki 22 sierpnia 1676 r.

W szczególności, podczas studiowania jednego z księżyców Jowisza, Römer zauważył, że czas między zaćmieniami będzie się zmieniać w ciągu roku (w zależności od tego, czy Ziemia zbliża się do Jowisza, czy od niego). Zaciekawiony tym, Römer zaczął robić ostrożne notatki o czasie, w którym I0 (księżyc, który obserwował) pojawił się i był skorelowany z czasem, w którym zwykle się spodziewano. Po chwili Römer zauważył, że gdy Ziemia krąży wokół Słońca, a następnie oddalała się od Jowisza, czas, w którym pojawi się Io, będzie opóźniony w stosunku do spodziewanego czasu zapisanego w jego notatkach. Römer (słusznie) stwierdził, że to dlatego, że światło odbite od Io nie poruszało się natychmiastowo.

Niestety, dokładne obliczenia, których użył, zostały utracone podczas pożaru w Kopenhadze w 1728 roku, ale mamy całkiem niezły opis rzeczy z wiadomości dotyczących jego odkrycia i od innych naukowców z tamtego okresu, którzy używali liczb Römera we własnej pracy. Istotą tego było, że Römer, korzystając ze sporej inteligentnej kalkulacji uwzględniającej średnicę orbity Ziemi i Jowisza, doszedł do wniosku, że światło musiało upłynąć około 22 minuty, by przekroczyć średnicę orbity Ziemi wokół Słońca. Christiaan Huygens później przekształcił to w bardziej powszechne liczby, pokazując, że według oceny Römera światło przemieściło się z prędkością około 220 000 kilometrów na sekundę. Liczba ta jest nieco niższa (około 27% zniżki) od liczby odnotowanej w pierwszym akapicie, ale do tego dojdziemy za chwilę.

Kiedy koledzy Römera prawie powszechnie wyrażali wątpliwość w swojej teorii o Io, Römer odpowiedział spokojnie mówiąc im, że 9 listopada zaćmienie Io będzie spóźnione o 10 minut. Kiedy nadszedł czas, wątpiący stanął w osłupieniu, gdy ruch całego ciała niebieskiego uwiarygodnił jego zakończenie.

Koledzy Römera mieli rację, będąc zdumieni jego oceną, ponieważ nawet dzisiaj jego szacowanie prędkości światła uważane jest za niezwykle dokładne, biorąc pod uwagę, że dokonano go 300 lat przed istnieniem obu laserów, Internetu i Conana O'Briena. włosy.W porządku, to było 80 000 kilometrów na sekundę zbyt wolne, ale biorąc pod uwagę stan nauki i technologii w tamtym czasie, było to niezwykle imponujące, szczególnie biorąc pod uwagę, że początkowo pracował po prostu przeczucie.

Jeszcze bardziej zdumiewające jest to, że powód, dla którego oszacowanie Römera było zbyt wolne, uważa się, że ma on mniej wspólnego z jakimkolwiek błędem z jego strony, a bardziej z faktem, że powszechnie akceptowana średnica orbit Ziemi i Jowisza była wyłączona, gdy Römer wykonał swoje obliczenia. To znaczy, Römer mylił się tylko dlatego, że inny ludzie nie byli tak niesamowici w nauce jak on. W rzeczywistości, jeśli umieścisz poprawne liczby na orbicie na to, co jest uważane za jego oryginalne obliczenia z raportów, zanim jego papiery zostały zniszczone we wspomnianym wcześniej ogniu, jego oszacowanie jest prawie na miejscu.

Więc nawet jeśli był technicznie zły i chociaż James Bradley wymyślił dokładniejszą liczbę w 1729 roku, Römer przejdzie do historii jako gość, który jako pierwszy udowodnił, że prędkość światła nie jest nieskończona i wypracował dość dokładną figurę na boisku na podstawie dokładnej prędkości obserwując ruchy plamki orbitującej wokół olbrzymiej kuli gazu oddalonej o około 780 milionów kilometrów. To właśnie tam, panie i panowie, to nauka, jak kiepski, pozbawiony laserów.

Dodatkowe fakty:

• Energia potrzebna do zatrzymania Ziemi krążącej wokół Słońca wynosi około 2,6478 × 10 ^ 33 dżule lub 7.3551 × 10 ^ 29 watt godzin lub 6.3285 * 10 ^ 17 megaton TNT. Dla porównania, największa eksplozja nuklearna, jaka kiedykolwiek wybuchła (car Bomba przez Związek Radziecki) "tylko" wytworzyła 50 megaton energii TNT. Tak więc potrzeba około 12 657 000 000 000 000 bomb nuklearnych wybuchających we właściwym miejscu, aby powstrzymać Ziemię od orbitowania wokół Słońca.
• Oprócz debaty o tym, czy prędkość światła jest nieskończona, czy nie, wspólną debatą na przestrzeni dziejów było to, czy światło pochodzi z samego oka, czy z czegoś innego. Wśród słynnych naukowców, którzy wierzyli w teorię "światła emitowanego z oka", byli Ptolemeusz i Euklides. Większość osób, które uważały tę teorię za poprawną, myślała również, że prędkość światła musi być nieskończona, ponieważ w chwili, gdy otworzymy oczy, możemy zobaczyć ogromną liczbę gwiazd na nocnym niebie i ta liczba nie powiększa się, dopóki wyglądamy dłużej, chyba że oczywiście wcześniej patrzyliśmy na jasne światło, a nasze oczy dostosowują się do ciemności.