Viteza luminii este, de asemenea, un parametru important al luminii, determinarea sa în istoria dezvoltării opticii are o semnificație foarte specială și importantă, nu numai pentru a promova dezvoltarea profundă a experimentelor optice, ci și pentru a rupe conceptul tradițional al viteza luminii infinita. În dezvoltarea studiului teoretic al fizicii, determinarea vitezei luminii pentru teoria particulelor și teoria fluctuației dezbaterii oferă o bază pentru judecată și în cele din urmă promovează descoperirea și dezvoltarea teoriei relativității a lui Einstein.
Cum se măsoară viteza luminii
1. Prolog la Măsurarea vitezei luminii
A existat o dispută în fizică cu privire la viteza luminii. Atât Kepler, cât și Descartes credeau că lumina călătorește fără timp și într-o clipă. Galileo credea că viteza luminii, deși neobișnuit de rapidă, poate fi măsurată, iar în 1607, Galileo a efectuat cel mai vechi experiment pentru a măsura viteza luminii. Metoda de măsurare a lui Galileo este de a lăsa doi oameni să stea la 1,6093 km unul de celălalt pe vârful a doi munți, fiecare cu o lampă, prima persoană care a ridicat lampa, când a doua persoană a văzut lampa primei persoane și-a ridicat imediat propria lampă, de la prima persoană care ridică lampa pentru a vedea lampa celei de-a doua persoane este intervalul dintre timpul de propagare a luminii, iar apoi, în funcție de distanța dintre cele două locuri, va putea obține viteza de propagare a luminii. Cu toate acestea, din cauza vitezei de propagare a luminii este prea rapidă, împreună cu observatorul trebuie să aibă, de asemenea, un anumit timp de reacție, astfel încât încercările lui Galileo nu au reușit, dar experimentul lui Galileo este deschiderea istoriei umane cu privire la viteza de propagare a luminii pentru a măsura preludiu al studiului.
2. Măsurare astronomică
În 1676, astronomul danez Rømer a propus pentru prima dată o metodă mai eficientă de măsurare a vitezei luminii. Orice proces periodic poate fi folosit ca „ceas”, iar el a reușit să găsească ceasul lui Jupiter, care este foarte departe de Pământ: un satelit eclipsat de Jupiter la fiecare anumită perioadă. El a observat că timpul dintre două eclipse consecutive de satelit, când Pământul se întoarce de la mișcarea lui Jupiter, decât mișcarea Pământului către Jupiter, mai mult decât diferența de timp de aproximativ 15 s. Romer prin observarea eclipselor satelitului lui Jupiter și a diametrului orbital al Pământului cu viteza luminii: 214300 km pe secundă. această valoare de la viteza luminii a preciziei valorii diferenței este foarte mare, dar aceasta nu este metoda de măsurare nu este corectă, principalul lucru este că atunci Cunoașteți raza orbitei Pământului este doar o aproximare, în timp ce măsurarea perioadei de eclipsă prin satelit nu este suficient de precisă. Mai târziu, oamenii de știință au folosit metoda fotografică pentru a măsura timpul eclipselor de satelit ale lui Jupiter, iar acuratețea măsurării razei orbitale a Pământului este îmbunătățită, folosind metoda Romer pentru a afla că viteza de propagare a luminii este de 299840 pe secundă 60 km, foarte aproape de valoarea exactă a măsurătorilor moderne de laborator.
În 1728, astronomul englez Bradley a măsurat viteza luminii folosind metoda diferenței de călătorie a luminii a stelelor. În timp ce observa stelele de pe Pământ, Bradley a observat că pozițiile aparente ale stelelor se schimbau constant și că, în decurs de un an, toate stelele păreau să orbiteze o elipsă cu axe egale de jumătate de lungime în jurul zenitului timp de o săptămână. El a atribuit acest fenomen faptului că a durat ceva timp pentru ca lumina stelelor să călătorească spre pământ și că în acest timp pământul și-a schimbat poziția prin rotație, de la care a măsurat viteza luminii la 299.930 km pe fiecare. al doilea.
3. Măsurarea vitezei
În 1849, omul de știință francez Fissot a folosit pentru prima dată un dispozitiv experimental proiectat pentru a determina viteza de propagare a luminii, iar principiul său de măsurare a fost similar cu cel al lui Galileo. El a plasat o sursă de lumină punctuală în punctul focal al lentilei, între lentilă și sursa de lumină pentru a pune o roată, în lentila de cealaltă parte a părții îndepărtate a celeilalte lentile și o oglindă plană plasată pe rând, oglinda plană este situată în focalizarea celei de-a doua lentile. Sursă de lumină punctuală emisă de lumină prin roți dințate și lentile în lumină paralelă, lumină paralelă prin a doua lentilă și apoi în oglinda plană adunată într-un punct, în oglinda plană, după reflectare în modul original înapoi. Deoarece angrenajul are un spațiu și dinți, atunci când lumina trece prin gol, atunci când observatorul poate vedea lumina de întoarcere, atunci când lumina se întâmplă să întâlnească dinții va fi ascuns. Timpul de la început până la prima dispariție a luminii care se întoarce este timpul necesar luminii pentru a face o călătorie dus-întors, iar în funcție de viteza vitezelor, această dată nu este greu de aflat. În acest fel, Fischer a măsurat viteza luminii la 315,000 kilometri pe secundă și, deoarece roțile dințate aveau o anumită lățime, a fost dificil de măsurat cu precizie viteza de propagare a luminii folosind această metodă.
În 1850, fizicianul francez Foucault a îmbunătățit metoda lui Fisso folosind doar o lentilă, o oglindă plană rotativă și o oglindă concavă. Lumina paralelă converge spre centrul oglinzii concave prin oglinda plană rotativă, iar aceeași viteză de rotație a oglinzii plane poate fi utilizată pentru a găsi timpul de călătorie dus-întors al fasciculului de lumină, iar viteza luminii măsurată în acest mod este 298. ,000km pe secundă.
4. Metoda de măsurare cu microunde
Undele luminoase sunt o mică parte a spectrului electromagnetic, oamenii de știință din spectrul electromagnetic al fiecărui tip de parametri ai undelor electromagnetice efectuează măsurători de precizie. 1950, Eisen a propus o metodă de rezonanță a cavității pentru a măsura viteza luminii. Principiul de măsurare este: Microunde prin cavitate, atunci când frecvența sa este o anumită valoare va rezona, lungimea de undă de rezonanță λ și cavitatea de rezonanță a circumferinței circumferinței relației dintre R ca:
R=2.404825λ
Și apoi, în funcție de produsul lungimii de undă și frecvenței, va obține viteza luminii. Măsurând cu precizie diametrul cavității de rezonanță se poate determina lungimea de undă exactă a rezonanței, în timp ce diametrul cavității poate fi măsurat cu precizie prin metode interferometrice, frecvența electromagnetică poate fi determinată cu precizie prin metoda frecvenței diferențiale pas cu pas. Eisen cu metoda propusă pentru a obține viteza luminii pentru 299792,5 s 1 km pe secundă, precizia măsurării de 10-7.
5. Măsurare cu laser
În 1972, Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST) din Boulder, Colorado, SUA, a folosit interferometria laser pentru a determina viteza luminii, producând c=299792456.2±1,1m/s și obținând o precizie de măsurare de până la 10-9, ceea ce este de 100 de ori mai precis decât măsurarea anterioară. Deoarece experimente similare au dat valori similare pentru viteza luminii, a 17-a Conferință Internațională pentru Greutăți și Măsuri din 1983 a recomandat 299792458m/s ca valoare pentru viteza luminii.
Cronologia imaginii măsurătorilor vitezei luminii
Viteza luminii a fost într-o călătorie de peste 300 de ani de măsurători și a fost în sfârșit finalizată. În procesul de cercetare, oamenii de știință au combinat perfect teoria și practica, calculul și măsurarea și, în cele din urmă, au obținut o valoare exactă a vitezei luminii.
Determinarea vitezei luminii nu afectează numai definiția unității „metru”, dar ajută și cercetările ulterioare. Unitățile standard precum viteza luminii și „metrul” pot părea banale, dar au fost martorii progresului civilizației umane. Știința nu are limite, iar călătoria omenirii de a explora lumea tocmai a început.
