Η ταχύτητα του φωτός σε ένα κενό ... και όχι μόνο
Ο άνθρωπος πάντα ενδιαφέρθηκε για τη φύση του φωτός, για τον οποίομύθους μύθους, θρύλους, φιλοσοφικά επιχειρήματα και επιστημονικές παρατηρήσεις που έχουν περιέλθει σε μας. Το φως ήταν πάντα μια ευκαιρία για συζητήσεις αρχαίων φιλοσόφων και προσπάθειες μελέτης έγιναν ακόμα και την εποχή της Ευκλείδειας γεωμετρίας - 300 χρόνια π.Χ. Ακόμη και τότε ήταν γνωστή η απλή ευκολία της διάδοσης του φωτός, η ισότητα των γωνιών πρόσπτωσης και του προβληματισμού, το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός και οι λόγοι για την εμφάνιση του ουράνιου τόξου. Ο Αριστοτέλης πίστευε ότι η ταχύτητα του φωτός είναι απείρως μεγάλη και επομένως λογικά υποστηρίζοντας και η μέτρηση της ταχύτητας του φωτός δεν υπόκειται σε συζήτηση. Μια τυπική περίπτωση είναι όταν το πρόβλημα είναι βαθύτερο από την εποχή της κατανόησης της απάντησης.
Πριν από περίπου 900 χρόνια, η Avicenna πρότεινε αυτόανεξάρτητα από το πόσο μεγάλη είναι η ταχύτητα του φωτός, έχει τελικά μια πεπερασμένη τιμή. Αυτή η γνώμη δεν ήταν μόνο αυτός, αλλά κανείς δεν μπορούσε να το αποδείξει πειραματικά. Genius Galileo προτείνει ένα πείραμα μηχανιστική κατανόηση του προβλήματος: δύο ανθρώπους στέκεται σε μια απόσταση μερικών χιλιομέτρων από την άλλη, δίνουν σήματα, το άνοιγμα της βαλβίδας φανάρι. Μόλις το δεύτερο κόμμα να δει το φως από την πρώτη λάμπα, ανοίγει την πύλη του και το πρώτο κόμμα καταγράφει τη στιγμή της παραλαβής του φωτεινού σήματος απόκρισης. Στη συνέχεια, η απόσταση αυξάνεται και όλα επαναλαμβάνονται. Αναμενόμενη αύξηση της κλειδαριάς καθυστέρηση και σε αυτή τη βάση να εκτελέσει έναν υπολογισμό της ταχύτητας του φωτός. Το πείραμα έληξε το τίποτα, επειδή «δεν ήταν ξαφνική, αλλά πολύ γρήγορα.»
Η πρώτη που μέτρησε την ταχύτητα του φωτός σε ένα κενό το 1676, Ο αστρονόμος Ole Roemer - πήρε τις ανακαλύψεις του Γαλιλαίου: ανακάλυψε το 1609 οι τέσσερις δορυφόρους του Δία, ο οποίος διαφορά σε έξι μήνες το χρόνο μεταξύ των δύο εκλείψεις του δορυφόρου είναι 1.320 δευτερόλεπτα. Χρησιμοποιώντας τις αστρονομικές πληροφορίες της εποχής του, ο Remer έλαβε ταχύτητα φωτός 222.000 χλμ. Ανά δευτερόλεπτο. Εκπληκτική ήταν ότι η μέθοδος μέτρησης η ίδια εξαιρετικά ακριβή - η χρήση των σήμερα γνωστών στοιχείων διαμέτρου γήινη τροχιά, Δία, και ρύθμισης της έντασης του χρόνου δορυφορική καθυστέρησης δίνει την ταχύτητα του φωτός στο κενό, μέχρι σήμερα τιμές που λαμβάνονται με άλλες μεθόδους.
Στην αρχή, στα πειράματα του Remer ήταν μόνο ένααξίωση - ήταν αναγκαία η πραγματοποίηση μετρήσεων με χερσαία μέσα. Περίπου 200 χρόνια πέρασαν και ο Louis Fizeau δημιούργησε μια ευφυή εγκατάσταση στην οποία μια ακτίνα φωτός αντανακλάται από έναν καθρέφτη σε απόσταση μεγαλύτερη από 8 χιλιόμετρα και επιστρέφει. Η λεπτότητα ήταν ότι περνούσε κατά μήκος του δρόμου μπρος-πίσω μέσα από τις κοιλότητες του γρανάζι, και αν η ταχύτητα του τροχού αυξανόταν, τότε θα ερχόταν η στιγμή όταν το φως δεν θα ήταν πλέον ορατό. Το υπόλοιπο είναι θέμα τεχνικής. Το αποτέλεσμα της μέτρησης είναι 312.000 χλμ. Ανά δευτερόλεπτο. Τώρα βλέπουμε ότι ο Fizeau ήταν ακόμη πιο κοντά στην αλήθεια.
Το επόμενο βήμα για τη μέτρηση της ταχύτητας του φωτόςFoucault, ο οποίος αντικατέστησε το γρανάζι με ένα επίπεδο καθρέφτη. Αυτό επέτρεψε να μειωθούν οι διαστάσεις της εγκατάστασης και να αυξηθεί η ακρίβεια μέτρησης στα 288.000 χλμ. Ανά δευτερόλεπτο. Δεν ήταν λιγότερο σημαντικό το πείραμα του Foucault, στο οποίο καθορίζει την ταχύτητα του φωτός στο μέσο. Για το σκοπό αυτό τοποθετήθηκε ένας σωλήνας με νερό μεταξύ των κατόπτρων της εγκατάστασης. Σε αυτό το πείραμα, η ταχύτητα του φωτός βρέθηκε να μειώνεται καθώς πολλαπλασιάζεται στο μέσο, ανάλογα με τον δείκτη διάθλασης.
Στο δεύτερο μισό του 19ου αιώνα, ήρθε ο καιρόςMichelson, ο οποίος αφιέρωσε 40 χρόνια της ζωής του στις μετρήσεις στον τομέα του φωτός. Το αποκορύφωμα της δουλειάς του ήταν η εγκατάσταση στην οποία μετρούσε την ταχύτητα του φωτός σε κενό, χρησιμοποιώντας έναν μεταλλικό σωλήνα κενού με μήκος μεγαλύτερο του ενός και μισού χιλιομέτρου. Ένα άλλο θεμελιώδες επίτευγμα του Michelson ήταν η απόδειξη του γεγονότος ότι για οποιοδήποτε μήκος κύματος η ταχύτητα του φωτός σε ένα κενό είναι ίδια και ένα σύγχρονο πρότυπο είναι 299792458 +/- 1,2 m / s. Οι μετρήσεις αυτές πραγματοποιήθηκαν με βάση τις προσαρμοσμένες τιμές του μετρητή αναφοράς, ο ορισμός του οποίου εγκρίθηκε από το 1983 ως διεθνές πρότυπο.
Ο σοφός Αριστοτέλης ήταν λάθος, αλλά χρειάστηκαν περίπου 2000 χρόνια για να το αποδείξουν.
