Kā tika mērīts gaismas ātrums

2024 Autors: Sherilyn Boyd | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 09:37

Gaismas ātrums vakuumā ir "tieši 299 792 458 metri sekundē" Mūsuprāt, šodien mēs varam uzrādīt precīzu skaitli, jo gaismas ātrums vakuumā ir universāla konstante, kas izmērīta ar lāzeriem; un kad eksperiments ietver lāzerus, grūti apgalvot rezultātus. Attiecībā uz to, kā tas izpaužas nedaudz acīmredzami kā vesels skaitlis, tas nav nejaušība - metru garums tiek definēts, izmantojot šo konstantu: "ceļa garums, ko ceļo gaisma vakuumā laika intervālā 1 / 299,792,458 sekundē."

Pirms dažiem simtiem gadu laikā kopumā tika pieņemts vai vismaz pieņemts, ka gaismas ātrums ir bezgalīgs, jo patiesībā tā ir patiešām patiešām patiešām ātra uzziņai, gaismas ātrums ir nedaudz lēnāks nekā ātrākais kas ir pazīstamajā Visumā - pusaudžu meitenes reakcijas laiks, ja Džastins Bjbers teica čivināt: "Pirmais, kurš atbildēs uz šo čivināt, būs mana jauna draudzene."

Pirmā pazīstamā persona, kas apšauba visu gaismas ātrumu, ir bezgalīga lieta, bija 5. gadsimta pirms Kristus filozofs Empedokls. Mazāk nekā gadsimtu vēlāk Aristotelis nebūtu vienisprātis ar Empedoklu, un arguments turpinājās vairāk nekā 2000 gadus pēc tam.

Viens no pirmajiem ievērojamajiem cilvēkiem, kas 1629. gadā nāca klajā ar praktisku eksperimentu, lai pārbaudītu, vai gaismas ātrums bija holandiešu zinātnieks, Isaac Beeckman. Neskatoties uz to, ka dzīvoja laikā pirms lāzeriem, kas man liek domāt tikai par dusmām, Beeckman saprata, ka, trūkst lāzeri, jebkura laba zinātniskā eksperimenta pamatā vienmēr būtu jāiekļauj kāda veida sprādzieni; Tādējādi viņa eksperimentā tika izmantots sprāgstošais šāviņš.

Beeckman ievietoja spoguļus dažādos attālumos no sprādziena un jautāja novērotājiem, vai viņi varēja redzēt jebkādas atšķirības, kad no katra spoguļa atstarotā gaisma nokļūst acīs. Kā jūs varat droši uzminēt, eksperiments bija "Nepārliecinošs".

Līdzīgi slavenākais eksperiments, kas nebija saistīts ar sprādzieniem, iespējams, tika veikts vai vismaz Galileo Galilei piedāvāja tikai pēc desmit gadiem vēlāk 1638. gadā. Galileo, tāpat kā Beeckman, arī bija aizdomas, ka gaismas ātrums nebija bezgalīgs, eksperimentējot ar laternām dažos viņa darbos. Viņa eksperiments (ja viņš kādreiz to vispār veic), divu laternu atstāšana jūdžu attālumā un mēģinājums noskaidrot, vai starp šiem diviem ir ievērojama kavēšanās; rezultāti nebija pārliecinoši. Galileo vienīgais varēja uzskatīt, ka, ja gaisma nebūtu bezgalīga, tas bija ātrs un ka tik mazā apjomā eksperimenti bija paredzēti, lai izgāztos.

Tikai dāņu astronomam Ole Römer ienāca pretiniekā, ka gaismas ātruma mērījumi kļuvuši nopietni. Eksperimentā, kas radīja Galileo mirgojošās laternas uz kalna, izskatās kā pamatskolu zinātniskās izstādes projekts, Römer noteica, ka, trūkst lāzera un sprādzienu, eksperimentam vienmēr vajadzētu būt saistītam ar kosmosu. Tādējādi viņš pamatoja savus novērojumus par pašu planētu kustību, paziņojot savus revolucionāros rezultātus 1676. gada 22. augustā.

Konkrēti, pētot vienu no Jupitera pavadoņiem, Rēmera pamanīja, ka laiks starp aptklēm varētu mainīties visu gadu (pamatojoties uz to, vai Zeme virzās uz Jupiteru vai prom no tā). Interesanti par to, ka Römer sāka rūpīgi piezīt laiku, kad I0 (mēnesis viņš novēro) parādīsies un kā tas sakrīt ar laiku, kad tas parasti gaidīts. Pēc kāda brīža Römers pamanīja, ka, kad Zeme aizlidoja no saules un savukārt atradās tālāk no Jupitera, laiks, ko Io redzēja, atpaliks no viņa piezīmēs paredzētā laika. Römer (pareizi) teoretizēja, ka tas bija tādēļ, ka gaisma, kas atspoguļojas no Io, nekavējoties dodas.

Diemžēl precīzie aprēķini, kurus viņš izmantoja, tika zaudēti Kopenhāgenas ugunsgrēkā 1728. gadā, bet mums ir diezgan labs pārskats par notikumiem no ziņām, kas attiecas uz viņa atklājumu, un no citiem zinātniekiem, kas tajā laikā izmantoja Rēmera numurus savā darbā. Tās būtība bija tāda, ka, izmantojot vieglu aprēķinu ķēdi, kas ietvēra Zemes un Jupitera orbītu diametru, Römer varēja secināt, ka gaisma šķērso Zemes orbītas ap Saule diametru. Christiaan Huygens vēlāk to pārveidoja par vairāk izplatītu skaitu, kas liecina, ka, pēc Römer aprēķiniem, gaisma bija apmēram 220 000 kilometru sekundē. Šis skaitlis ir nedaudz izslēgts (apmēram 27% atlaide) no skaitļa, kas norādīts pirmajā daļā, bet mēs nokļūsim pie tā kādā brīdī.

Kad Rēmera kolēģi gandrīz vispārēji pauda šaubas par savu teoriju par Io, Römer atbildēja mierīgi, sakot, ka Io 9. novembra aizēnojums 1676. gadā nokļuva 10 minūtēs. Kad pienāca laiks, šaubītāji stāvēja aplaupīti, jo visas debess ķermeņa kustība aizdeva uzticību viņa noslēgumam.

Viņa novērtējumā taisnība, ka Römer kolēģi ir pārsteigti, jo pat šodien viņa novērtējums par gaismas ātrumu tiek uzskatīts par pārsteidzoši precīzu, ņemot vērā, ka tas tika izveidots 300 gadus pirms abu lāzeru, interneta un Conan O'Brien matiLabi, tāpēc tas bija 80 000 kilometru sekundē pārāk lēni, taču, ņemot vērā zinātnes un tehnoloģijas stāvokli tajā laikā, tas ir ievērojami iespaidīgs, jo īpaši ņemot vērā, ka tas vispirms bija tikai sāpīgs laiks.

Vēl vairāk pārsteidzoši ir tas, ka Rēmera novērtējuma kā mazliet pārāk lēna iemesls, domājams, ir mazāk saistīts ar jebkuru viņa kļūdu un vairāk saistīts ar to, ka parasti pieņemtais Zemes un Jupitera orbītu diametrs ir izslēgts, kad Römer izdarīja savus aprēķinus. Nozīme jā, Römer bija tikai nepareizs, jo cits cilvēki nebija tik lieliski zinātnē kā viņš bija. Faktiski, ja jūs atrodaties pareizajā orbītā skaitļos, kas, domājams, ir viņa sākotnējie aprēķini no ziņojumiem pirms viņa dokumenti tika iznīcināti iepriekšminētajā ugunsgrēkā, viņa novērtējums ir gandrīz uz vietas.

Tātad, kaut arī viņš bija tehniski nepareizi un, kaut arī Džeimss Bredlijs 1729. gadā nāca klajā ar precīzāku skaitli, Rēmers vēsturē ieradīsies kā puisis, kurš vispirms pierādīja, ka gaismas ātrums nav bezgalīgs un izstrādāts pietiekami precīzs bumbas fokusa skaitlis par to, kāds bija precīzs ātrums, novērojot plankuma kustības, kas orbītas milzīgu gāzes bumbiņu, kas novietota aptuveni 780 miljonu kilometru attālumā. Dāmas un kungi, tieši tur, ir tas, kā slikta, trūkst lāzera, vai zinātne.

Bonus fakti:

• Enerģijas daudzums, kas nepieciešams, lai apturētu Saules gaismu, ir aptuveni 2.6478 × 10 ^ 33 džoulu vai 7.3551 × 10 ^ 29 vatu stundas vai 6.3285 * 10 ^ 17 megatonu TNT. Lai uzzinātu, ka lielākais kodolsprādziens, kas kādreiz tika sprāgots (padomju Savienības autors "Tsar Bomba"), "tikai" ražoja 50 megatonus TNT enerģijas. Tātad, vajadzētu apmēram 12,657,000,000,000,000 no tiem kodolbumbām, kas tika sprādzētas pareizajā vietā, lai apturētu Zemes apriti no saules.
• Neatkarīgi no debatēm par to, vai gaismas ātrums bija bezgalīgs vai nē, kopējās sānu debates visā vēsturē bija vai nu gaismas izcelsme gan acī, gan citur. Starp slavenajiem zinātniekiem ticēt "gaismas izstarota no acs" teorija bija Ptolemaja un Eiklida. Lielākā daļa, kas uzskatīja, ka šī teorija ir pareiza, domāja, ka gaismas ātrumam ir jābūt bezgalīgam, jo, atverot acis, mēs varam redzēt lielu skaitu zvaigznes debesīs, un šis skaitlis nepalielinās, jo ilgāk mēs izskatīsies, ja vien, protams mēs agrāk skatījāmies uz spilgtu gaismu un mūsu acis pielāgojās tumsai.