Скоростта на светлината също е важен параметър на светлината, нейното определяне в историята на развитието на оптиката има много специално и важно значение, не само за насърчаване на дълбокото развитие на оптичните експерименти, но и за нарушаване на традиционната концепция за безкрайна скорост на светлината. В развитието на теоретичното изследване на физиката, определянето на скоростта на светлината за теорията на частиците и теорията на флуктуациите на дебата предоставя основа за преценка и в крайна сметка насърчава откриването и развитието на теорията на относителността на Айнщайн.
Как се измерва скоростта на светлината
1. Пролог към измерването на скоростта на светлината
Във физиката имаше спор за скоростта на светлината. И Кеплер, и Декарт вярваха, че светлината пътува без време и за миг. Галилео вярва, че скоростта на светлината, макар и необичайно висока, може да бъде измерена и през 1607 г. Галилей провежда най-ранния експеримент за измерване на скоростта на светлината. Методът за измерване на Галилей е да остави двама души да стоят на 1,6093 км един от друг на върха на две планини, всеки с лампа, първият човек, който вдигна лампата, когато вторият човек видя лампата на първия човек, веднага вдигна своята лампа, от първият човек, който вдига лампата, за да види лампата на втория човек, е интервалът между времето за разпространение на светлината и след това според разстоянието между двете места ще може да получи скоростта на разпространение на светлината. Въпреки това, поради скоростта на разпространение на светлината е твърде бърза, съчетана с наблюдателя също трябва да има определено време за реакция, така че опитите на Галилей не успели, но експериментът на Галилей е отварянето на човешката история за скоростта на разпространение на светлината за измерване на прелюдия към изследването.
2. Астрономически измервания
През 1676 г. датският астроном Рьомер за първи път предлага по-ефективен метод за измерване на скоростта на светлината. Всеки периодичен процес може да се използва като "часовник" и той успява да намери часовника на Юпитер, който е много далеч от Земята: спътник, засенчен от Юпитер на всеки определен период. Той отбеляза, че времето между две последователни спътникови затъмнения, когато Земята се връща от движението на Юпитер, е по-дълго от движението на Земята към Юпитер, отколкото разликата във времето от около 15 s. Romer чрез наблюдението на спътниковите затъмнения на Юпитер и орбиталния диаметър на Земята със скоростта на светлината: 214300 км в секунда. тази стойност от скоростта на светлината на точността на стойността на разликата е много голяма, но това не е методът на измерване не е правилен, основното е, че тогава Знайте радиуса на орбитата на Земята е само приближение, докато измерването на периода на сателитното затъмнение не е достатъчно точно. По-късно учените използваха фотографския метод за измерване на времето на затъмненията на спътника на Юпитер и точността на измерването на орбиталния радиус на Земята е подобрена, използвайки метода на Romer, за да установят, че скоростта на разпространение на светлината е 299840 за секунда 60 км, много близо до точната стойност на съвременните лабораторни измервания.
През 1728 г. английският астроном Брадли измерва скоростта на светлината, използвайки метода на разликата между звездите в светлината. Докато наблюдаваше звезди на Земята, Брадли забеляза, че видимите позиции на звездите непрекъснато се променят и че в рамките на една година всички звезди изглежда обикалят около елипса с еднакви оси на половин дължина около зенита за една седмица. Той приписва това явление на факта, че е необходимо известно време на светлината от звездите да стигне до земята и че през това време земята е променила позицията си чрез въртене, от което той измерва скоростта на светлината да бъде 299 930 км на второ.
3. Измерване на съоръжения
През 1849 г. френският учен Фисо за първи път използва проектирано експериментално устройство за определяне на скоростта на разпространение на светлината и неговият принцип на измерване е подобен на този на Галилей. Той постави точков светлинен източник във фокусната точка на лещата, между лещата и светлинния източник, за да постави зъбно колело, в лещата от другата страна на далечната страна на другата леща и плоско огледало, поставено на свой ред, плоското огледало се намира във фокуса на втората леща. Точков източник на светлина, излъчван от светлината през зъбните колела и лещите в паралелна светлина, паралелна светлина през втората леща и след това в плоското огледало, събрано в точка, в плоското огледало след отражение по оригиналния път обратно. Тъй като зъбното колело има празнина и зъби, когато светлината преминава през междината, когато наблюдателят може да види обратната светлина, когато светлината се срещне със зъбите, ще бъде затъмнена. Времето от началото до първото изчезване на връщащата се светлина е времето, необходимо на светлината за едно обиколка и според скоростта на предавките това време не е трудно да се установи. По този начин Фишер измерва скоростта на светлината на 315 000 километра в секунда и тъй като зъбните колела са с определена ширина, е трудно да се измери точно скоростта на разпространение на светлината с помощта на този метод.
През 1850 г. френският физик Фуко подобрява метода на Фисо, като използва само леща, въртящо се плоско огледало и вдлъбнато огледало. Паралелната светлина се събира в центъра на вдлъбнатото огледало през въртящото се плоско огледало и същата скорост на въртене на плоското огледало може да се използва, за да се намери времето за обиколка на светлинния лъч, а скоростта на светлината, измерена по този начин, е 298 ,000км в секунда.
4. Микровълнов метод за измерване
Светлинните вълни са малка част от електромагнитния спектър, учените на електромагнитния спектър на всеки вид параметри на електромагнитната вълна се извършват прецизни измервания. През 1950 г. Айзен предлага метод на кухинен резонанс за измерване на скоростта на светлината. Принципът на измерване е: Микровълновата през кухината, когато нейната честота е определена стойност ще резонира, резонансната дължина на вълната λ и резонансната кухина на обиколката на обиколката на връзката между R като:
R=2.404825λ
И тогава според произведението на дължината на вълната и честотата ще получим скоростта на светлината. Чрез точно измерване на диаметъра на резонансната кухина може да се определи точната резонансна дължина на вълната, докато диаметърът на кухината може да бъде точно измерен чрез интерферометрични методи, електромагнитната честота може да бъде точно определена чрез метода на диференциалната честота стъпка по стъпка. Айзен с предложения от него метод за получаване на скоростта на светлината за 299792,5 s 1 km в секунда, точността на измерване 10-7.
5. Лазерно измерване
През 1972 г. Националният институт по стандарти и технологии (NIST) в Боулдър, Колорадо, САЩ, използва лазерна интерферометрия, за да определи скоростта на светлината, като даде c=299792456.2±1.1m/s и получи точност на измерване до 10-9, което е 100 пъти по-точно от предишното измерване. Тъй като подобни експерименти дават сходни стойности за скоростта на светлината, 17-ата международна конференция по мерки и теглилки през 1983 г. препоръчва 299792458m/s като стойност за скоростта на светлината.
Хронология на изображенията на измерванията на скоростта на светлината
Скоростта на светлината е била на път от повече от 300 години измервания и най-накрая е финализирана. В процеса на изследване учените перфектно съчетаха теория и практика, изчисления и измервания и накрая получиха точна стойност на скоростта на светлината.
Определянето на скоростта на светлината не само влияе върху дефиницията на единицата "метър", но също така помага за по-нататъшни изследвания. Стандартни единици като скоростта на светлината и "метър" може да изглеждат тривиални, но те са свидетели на напредъка на човешката цивилизация. Науката няма граници и пътуването на човечеството към изследване на света току-що е започнало.
