Işığın hızı aynı zamanda ışığın önemli bir parametresidir; optiğin gelişim tarihindeki belirlenmesi, yalnızca optik deneylerin derin gelişimini teşvik etmek için değil, aynı zamanda geleneksel ışık kavramı kavramını kırmak için de çok özel ve önemli bir öneme sahiptir. ışık hızı sonsuz. Fiziğin teorik çalışmasının geliştirilmesinde, parçacık teorisi ve dalgalanma teorisi için ışık hızının belirlenmesi tartışması, yargıya temel oluşturmakta ve sonuçta Einstein'ın görelilik teorisinin keşfedilmesine ve geliştirilmesine katkıda bulunmaktadır.
Işık hızı nasıl ölçülür?
1. Işık Hızının Ölçülmesine Giriş
Fizikte ışığın hızı konusunda bir tartışma vardı. Hem Kepler hem de Descartes ışığın zamansız ve bir anda hareket ettiğine inanıyordu. Galileo, alışılmadık derecede hızlı olmasına rağmen ışık hızının ölçülebileceğine inanıyordu ve 1607'de Galileo, ışığın hızını ölçmek için ilk deneyi gerçekleştirdi. Galileo'nun ölçüm yöntemi, iki dağın tepesinde 1,6093 km uzakta duran iki kişinin, her birinin elinde bir lamba olması, ilk kişinin lambayı kaldırması, ikinci kişinin ise birinci kişinin lambasını hemen kendi lambasını kaldırdığını görmesidir. İlk kişi lambayı kaldırdığında ikinci kişinin lambasını görmesi için ışığın yayılma süresi arasındaki süreyi ve daha sonra iki yer arasındaki mesafeye göre ışığın yayılma hızını elde edebilecektir. Bununla birlikte, ışığın yayılma hızı çok hızlı olduğundan, gözlemcinin de belirli bir reaksiyon süresine sahip olması gerekir, bu nedenle Galileo'nun girişimleri başarılı olmadı, ancak Galileo'nun deneyi, ışığın yayılma hızının ölçülmesi için insanlık tarihinin başlangıcıdır. çalışmanın başlangıcı.
2. Astronomik Ölçüm
1676'da Danimarkalı gökbilimci Rømer ilk kez ışık hızını ölçmenin daha etkili bir yöntemini önerdi. Herhangi bir periyodik süreç bir "saat" olarak kullanılabilir ve Dünya'dan çok uzakta bulunan Jüpiter'in saatini bulmayı başardı: Jüpiter'in belirli aralıklarla gölgelediği bir uydu. Ardışık iki uydu tutulması arasındaki sürenin, Dünya'nın Jüpiter hareketinden dönmesinin, Dünya'nın Jüpiter'e doğru hareketinden yaklaşık 15 saniyelik zaman farkından daha uzun olduğunu gözlemledi. Romer, Jüpiter'in uydu tutulmalarını ve Dünya'nın ışık hızının yörünge çapını gözlemleyerek: saniyede 214300km. ışık hızından elde edilen bu değerin doğruluğu arasındaki fark çok büyüktür, ancak bu ölçüm yöntemi doğru değildir, asıl mesele şu ki, o zaman Dünya'nın yörüngesinin yarıçapını bilin sadece bir yaklaşımdır, uydu tutulma periyodunun ölçümü yeterince doğru değil. Daha sonra bilim adamları, Jüpiter'in uydu tutulmalarının zamanını ölçmek için fotoğraf yöntemini kullandılar ve Romer yöntemini kullanarak ışığın yayılma hızını saniyede 299840 (60 km) olarak bulmak için Dünya'nın yörünge yarıçapının ölçümünün doğruluğu geliştirildi. Modern laboratuvar ölçümlerinin doğru değeri.
1728 yılında İngiliz gökbilimci Bradley, ışığın yıldızların farkını kat etmesi yöntemini kullanarak ışığın hızını ölçtü. Bradley, Dünya'daki yıldızları gözlemlerken, yıldızların görünen konumlarının sürekli değiştiğini ve bir yıl içinde tüm yıldızların, bir hafta boyunca zirve etrafında eşit yarı uzunlukta eksenlere sahip bir elipsin etrafında dönüyor gibi göründüklerini fark etti. Bu olguyu, yıldızlardan gelen ışığın yere ulaşmasının biraz zaman almasına ve bu süre zarfında dünyanın dönüş yoluyla konum değiştirmesine bağladı ve bu noktadan itibaren ışığın hızının saatte 299.930 km olduğunu ölçtü. ikinci.
3. Dişli Ölçümü
1849'da Fransız bilim adamı Fissot, ışığın yayılma hızını belirlemek için tasarlanmış bir deneysel cihazı ilk kez kullandı ve ölçüm prensibi Galileo'nunkine benziyordu. Merceğin odak noktasına mercek ile ışık kaynağı arasına bir dişli takacak şekilde nokta ışık kaynağı yerleştirdi, diğer merceğin uzak tarafındaki merceğe ise sırayla bir düzlem ayna yerleştirdi. Düzlem ayna ikinci merceğin odağında bulunur. Noktasal ışık kaynağından çıkan ışık, dişliler ve mercekler aracılığıyla paralel ışığa dönüşür, paralel ışık ikinci mercekten geçer ve daha sonra düzlem aynada bir noktada toplanır, düzlem aynada yansıdıktan sonra orijinal yoluna geri döner. Dişlinin bir boşluğu ve dişleri olduğundan, ışık bu boşluktan geçtiğinde, gözlemci geri dönen ışığı görebildiğinde, ışık dişlerle buluştuğunda karartılacaktır. Işığın başlangıcından geri dönen ilk kaybolmasına kadar geçen süre, ışığın bir gidiş-dönüş yapması için geçen süredir ve dişlilerin hızına göre bu süreyi bulmak zor değildir. Bu şekilde Fischer, ışığın hızını saniyede 315000 kilometre olarak ölçtü ve dişlilerin belli bir genişlikte olması nedeniyle, bu yöntemi kullanarak ışığın yayılma hızını doğru bir şekilde ölçmek zordu.
1850'de Fransız fizikçi Foucault, Fisso'nun yöntemini yalnızca bir mercek, dönen bir düzlem ayna ve bir içbükey ayna kullanarak geliştirdi. Paralel ışık, dönen düzlem ayna aracılığıyla içbükey aynanın merkezine yaklaşır ve düzlem aynanın aynı dönme hızı, ışık ışınının gidiş dönüş süresini bulmak için kullanılabilir ve bu şekilde ölçülen ışığın hızı 298'dir. ,000km/saniye.
4. Mikrodalga ölçüm yöntemi
Işık dalgaları elektromanyetik spektrumun küçük bir kısmıdır, bilim insanları elektromanyetik spektrumun her türlü elektromanyetik dalga parametrelerinin hassas ölçümlerini yapmaktadırlar. 1950, Eisen ışığın hızını ölçmek için bir boşluk rezonans yöntemi önerdi. Ölçüm prensibi şöyledir: Mikrodalga boşluğun içinden geçerken, frekansı belirli bir değerde rezonansa girecek, rezonans dalga boyu λ ve rezonans boşluğunun çevresinin çevresi ile R arasındaki ilişki şu şekildedir:
R=2.404825λ
Ve sonra dalga boyu ve frekansın çarpımına göre ışık hızını elde edeceğiz. Rezonans boşluğunun çapını doğru bir şekilde ölçerek tam rezonans dalga boyunu belirleyebilir, boşluğun çapı interferometrik yöntemlerle doğru bir şekilde ölçülebilir, elektromanyetik frekans adım adım diferansiyel frekans yöntemiyle doğru bir şekilde belirlenebilir. Eisen, ışığın hızını saniyede 299792,5 s 1 km olarak elde etmek için önerdiği yöntemle 10-7 ölçüm doğruluğunu elde etti.
5. Lazer Ölçümü
1972'de Boulder, Colorado, ABD'deki Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST), ışığın hızını belirlemek için lazer interferometriyi kullandı, c=299792456.2±1,1 m/s'lik verim elde etti ve bir ölçüm doğruluğu elde etti. 10-9'a kadar olan ölçüm, önceki ölçümden 100 kat daha doğrudur. Benzer deneyler ışık hızı için de benzer değerler verdiğinden, 1983'teki 17. Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Konferansı'nda ışık hızı değeri olarak 299792458 m/s önerildi.
Işık Hızı Ölçümlerinin Görüntü Kronolojisi
Işık hızı, 300 yılı aşkın ölçüm yolculuğuna çıktı ve nihayet sonuçlandı. Araştırma sürecinde bilim adamları teori ve pratiği, hesaplama ve ölçümü mükemmel bir şekilde birleştirdiler ve sonunda ışık hızının doğru değerini elde ettiler.
Işık hızının belirlenmesi, yalnızca "metre" biriminin tanımını etkilemekle kalmaz, aynı zamanda daha ileri araştırmalara da yardımcı olur. Işık hızı ve "metre" gibi standart birimler önemsiz görünebilir, ancak bunlar insan uygarlığının ilerleyişine tanıklık etmiştir. Bilimin sınırı yoktur ve insanlığın dünyayı keşfetme yolculuğu daha yeni başlamıştır.
