Valguse kiirus on ka oluline valguse parameeter, selle määramisel optika arengu ajaloos on väga eriline ja oluline tähendus, mitte ainult optiliste katsete sügava arengu edendamiseks, vaid ka traditsioonilise kontseptsiooni murdmiseks. valguse kiirus lõpmatu. Füüsika teoreetilise uurimuse arendamisel annab valguse kiiruse määramine osakeste teooria jaoks ja väitluse fluktuatsiooniteooria jaoks aluse hinnangu andmiseks ning lõppkokkuvõttes soodustab Einsteini relatiivsusteooria avastamist ja arendamist.
Kuidas valguse kiirust mõõdetakse
1. Proloog valguse kiiruse mõõtmisele
Füüsikas oli vaidlus valguse kiiruse üle. Nii Kepler kui Descartes uskusid, et valgus liigub ilma ajata ja hetkega. Galileo uskus, et valguse kiirust, kuigi ebatavaliselt kiiret, saab mõõta, ja 1607. aastal viis Galileo läbi kõige varasema katse valguse kiiruse mõõtmiseks. Galileo mõõtmismeetod on lasta kahel inimesel, kes seisid kahe mäe otsas üksteisest 1,6093 km kaugusel, mõlemal lamp, esimene inimene, kes tõstab lambi, kui teine inimene nägi, et esimene inimene tõstis kohe oma lambi, alates esimene inimene, kes tõstab lambi, et näha teise inimese lampi, on valguse levimisaja vaheline intervall ja seejärel saab vastavalt kahe koha vahelisele kaugusele valguse levimise kiirust. Kuid kuna valguse levimiskiirus on liiga kiire, peab vaatlejaga ühendatud olema ka teatud reaktsiooniaeg, mistõttu Galileo katsed ei õnnestunud, kuid Galileo eksperiment on inimkonna ajaloo avamine valguse levimiskiiruse mõõtmiseks. õppetöö eelmäng.
2. Astronoomiline mõõtmine
1676. aastal pakkus Taani astronoom Rømer esimest korda välja tõhusama meetodi valguse kiiruse mõõtmiseks. "Kellana" saab kasutada mis tahes perioodilist protsessi ja tal õnnestus leida Jupiteri kell, mis asub Maast väga kaugel: satelliit, mille Jupiter varjutab iga teatud perioodi tagant. Ta täheldas, et kahe järjestikuse satelliidivarjutuse vaheline aeg, mil Maa liigub Jupiterist tagasi, on pikem kui Maa liikumine Jupiteri suunas umbes 15 sekundit. Romer läbi Jupiteri satelliidivarjutuste ja Maa orbiidi läbimõõdu valguse kiiruse vaatlemise: 214300 km sekundis. see väärtus valguse kiirusest erinevuse väärtuse täpsus on väga suur, aga see pole mõõtmismeetod ei ole õige, peaasi, et siis Tea Maa orbiidi raadius on vaid ligikaudne, samas kui satelliidivarjutusperioodi mõõtmine ei ole piisavalt täpne. Hiljem kasutasid teadlased Jupiteri satelliidivarjutuste aja mõõtmiseks fotograafilist meetodit ja Maa orbiidi raadiuse mõõtmise täpsust parandati, kasutades Romeri meetodit valguse leviku kiiruse leidmiseks 299840 sekundis 60 km, väga lähedal kaasaegsete laboratoorsete mõõtmiste täpne väärtus.
Inglise astronoom Bradley mõõtis 1728. aastal valguse kiirust tähtede valguse liikumise erinevuse meetodil. Bradley märkas Maal tähti vaadeldes, et tähtede näiv asukoht oli pidevas muutumises ning aasta jooksul näisid kõik tähed tiirlevat nädala jooksul ümber seniidi võrdsete poolpikkuste telgedega ellipsi. Ta põhjendas seda nähtust sellega, et tähtede valguse maapinnale jõudmiseks kulus veidi aega ja selle aja jooksul oli Maa pöörlemise teel asendit muutnud, millest lähtudes ta mõõtis valguse kiiruseks 299 930 km/s. teiseks.
3. Käigu mõõtmine
1849. aastal kasutas prantsuse teadlane Fissot esmakordselt disainitud katseseadet valguse levimise kiiruse määramiseks ja tema mõõtmispõhimõte sarnanes Galileo omaga. Ta asetas punktvalgusallika läätse fookuspunkti, läätse ja valgusallika vahele, et panna käiku, teise objektiivi kaugema külje teisele poole objektiivi ja asetas omakorda tasapinnalise peegli, tasapinnaline peegel asub teise objektiivi fookuses. Punktvalgusallikas väljastatud valgus läbi hammasrataste ja läätsede paralleelvalgusesse, paralleelvalgus läbi teise läätse ja seejärel tasapinnapeeglisse kogutud punktis, tasapinna peeglisse pärast peegeldumist algsel viisil tagasi. Kuna hammasrattal on vahe ja hambad, siis kui valgus läbib pilu, kui vaatleja näeb tagasituli, siis kui valgus juhtub hammastega kokku puutuma, on see varjatud. Aeg algusest kuni tagasituleva tule esimese kadumiseni on aeg, mis tulel kulub ühe edasi-tagasi sõiduks ning käikude kiiruse järgi pole seda aega raske välja selgitada. Nii mõõtis Fischer valguse kiiruseks 315,000 kilomeetrit sekundis ja kuna hammasrattad olid teatud laiusega, oli selle meetodi abil keeruline valguse levimiskiirust täpselt mõõta.
1850. aastal täiustas prantsuse füüsik Foucault Fisso meetodit, kasutades ainult objektiivi, pöörlevat tasapinnalist peeglit ja nõguspeeglit. Paralleelvalgus koondub läbi pöörleva tasapinnapeegli nõguspeegli keskkohale ning tasapinnapeegli sama pöörlemiskiiruse abil saab leida valguskiire edasi-tagasi liikumise aja ning sel viisil mõõdetud valguse kiirus on 298 ,000 km sekundis.
4. Mikrolaineahjus mõõtmise meetod
Valguslained moodustavad väikese osa elektromagnetilisest spektrist, igat tüüpi elektromagnetlainete parameetrite elektromagnetilise spektri teadlased viivad läbi täppismõõtmisi. 1950 pakkus Eisen välja õõnsusresonantsmeetodi valguse kiiruse mõõtmiseks. Mõõtmise põhimõte on järgmine: mikrolaine läbi õõnsuse, kui selle sagedus on teatud väärtusega, resonantsi resonantsi lainepikkus λ ja ümbermõõdu ümbermõõdu resonantsõõnsus on suhte R vahel:
R=2.404825λ
Ja siis vastavalt lainepikkuse ja sageduse korrutisele saab valguse kiiruse. Resonantsi õõnsuse läbimõõdu täpsel mõõtmisel saab määrata täpse resonantslainepikkuse, samas kui õõnsuse läbimõõtu saab täpselt mõõta interferomeetriliste meetoditega, elektromagnetilist sagedust saab täpselt määrata samm-sammult diferentsiaalsageduse meetodil. Eisen oma väljapakutud meetodiga saada valguse kiiruseks 299792,5 s 1km sekundis, mõõtmistäpsus 10-7.
5. Lasermõõtmine
1972. aastal kasutas USA Colorado osariigis Boulderis asuv riiklik standardite ja tehnoloogia instituut (NIST) laserinterferomeetriat valguse kiiruse määramiseks, andes tulemuseks c=299792456.2±1,1 m/s ja mõõtmise täpsuse. kuni 10-9, mis on 100 korda täpsem kui eelmine mõõtmine. Kuna sarnased katsed andsid sarnased valguse kiiruse väärtused, soovitas 1983. aastal toimunud 17. rahvusvaheline kaalude ja mõõtude konverents valguse kiiruse väärtuseks 299792458m/s.
Pilt Valguse kiiruse mõõtmiste kronoloogia
Valguse kiirust on mõõdetud enam kui 300 aastat ja see on lõpuks lõplikult kindlaks tehtud. Uurimise käigus ühendasid teadlased suurepäraselt teooria ja praktika, arvutamise ja mõõtmise ning said lõpuks valguse kiiruse täpse väärtuse.
Valguse kiiruse määramine ei mõjuta mitte ainult ühiku "arvesti" määratlust, vaid aitab kaasa ka edasisele uurimistööle. Sellised standardühikud nagu valguse kiirus ja "meeter" võivad tunduda triviaalsed, kuid need on olnud tunnistajaks inimtsivilisatsiooni arengule. Teadusel pole piire ja inimkonna teekond maailma avastamiseks on alles alanud.
