Brzina svetlosti je takođe važan parametar svetlosti, njeno određivanje u istoriji razvoja optike ima veoma poseban i važan značaj, ne samo da promoviše duboki razvoj optičkih eksperimenata, već i da razbije tradicionalni koncept optike. brzina svetlosti beskonačna. U razvoju teorijskog proučavanja fizike, određivanje brzine svjetlosti za teoriju čestica i teoriju fluktuacije u debati daje osnovu za prosuđivanje i na kraju promovira otkriće i razvoj Ajnštajnove teorije relativnosti.
Kako se meri brzina svetlosti
1. Prolog za Mjerenje brzine svjetlosti
U fizici je postojao spor oko brzine svjetlosti. I Kepler i Descartes su vjerovali da svjetlost putuje bez vremena iu trenu. Galileo je vjerovao da se brzina svjetlosti, iako neobično velika, može izmjeriti, a 1607. godine Galileo je izveo najraniji eksperiment za mjerenje brzine svjetlosti. Galilejeva metoda mjerenja je da dvije osobe stoje 1,6093 km jedna od druge na vrhu dvije planine, svaka sa lampom, prva osoba koja je podigla lampu, kada je druga osoba vidjela da je lampa prve osobe odmah podigla svoju lampu, od prva osoba koja podigne lampu da vidi lampu druge osobe je interval između vremena širenja svjetlosti, a zatim će prema udaljenosti između dva mjesta moći dobiti brzinu širenja svjetlosti. Međutim, s obzirom da je brzina širenja svjetlosti prebrza, zajedno sa posmatračem mora imati i određeno vrijeme reakcije, tako da Galilejevi pokušaji nisu uspjeli, ali Galileov eksperiment je otvaranje ljudske povijesti o brzini širenja svjetlosti za mjerenje uvod u studiju.
2. Astronomska mjerenja
1676. danski astronom Rømer prvi je predložio efikasniju metodu mjerenja brzine svjetlosti. Bilo koji periodični proces može se koristiti kao "sat", a uspeo je da pronađe sat Jupitera, koji je veoma udaljen od Zemlje: satelit koji Jupiter pomračuje svakog određenog perioda. On je primijetio da je vrijeme između dva uzastopna pomračenja satelita, kada se Zemlja vrati iz kretanja Jupitera, nego što je kretanje Zemlje prema Jupiteru duže od vremenske razlike od oko 15 s. Romer kroz posmatranje Jupiterovih satelitskih pomračenja i Zemljinog orbitalnog prečnika brzine svetlosti: 214300km u sekundi. ova vrijednost iz brzine svjetlosti tačnosti vrijednosti razlike je vrlo velika, ali ovo nije metoda mjerenja nije ispravna, glavna stvar je da je tada Znati polumjer Zemljine orbite samo aproksimacija, dok mjerenje perioda pomračenja satelita nije dovoljno precizno. Kasnije su naučnici koristili fotografsku metodu za mjerenje vremena pomračenja Jupiterovih satelita, a tačnost mjerenja Zemljinog radijusa orbite je poboljšana, koristeći Romerovu metodu za pronalaženje brzine prostiranja svjetlosti od 299840 u sekundi 60km, vrlo blizu tačna vrijednost savremenih laboratorijskih mjerenja.
Godine 1728. engleski astronom Bredli izmjerio je brzinu svjetlosti koristeći metodu svjetlosti koja putuje razliku zvijezda. Posmatrajući zvijezde na Zemlji, Bredli je primijetio da se prividni položaji zvijezda stalno mijenjaju i da se u roku od godinu dana činilo da sve zvijezde kruže oko elipse sa jednakim polu-dužnim osama oko zenita u toku jedne sedmice. On je ovu pojavu pripisao činjenici da je bilo potrebno neko vrijeme da svjetlost sa zvijezda putuje do zemlje i da je za to vrijeme Zemlja promijenila položaj rotacijom, od čega je izmjerio brzinu svjetlosti na 299.930 km po sekunda.
3. Gear Measurement
Godine 1849. francuski naučnik Fissot prvi je koristio dizajniran eksperimentalni uređaj za određivanje brzine širenja svjetlosti, a njegov princip mjerenja bio je sličan Galilejevom. Postavio je tačkasti izvor svjetlosti u fokusnu tačku sočiva, između sočiva i izvora svjetlosti kako bi stavio zupčanik, u sočivo s druge strane druge strane drugog sočiva i ravno ogledalo postavljeno naizmjenično, ravno ogledalo nalazi se u fokusu drugog sočiva. Tačkasti izvor svjetlosti koji se emitira svjetlom kroz zupčanike i sočiva u paralelno svjetlo, paralelno svjetlo kroz drugo sočivo i zatim u ravnom ogledalu skupljeno u tački, u ravnom ogledalu nakon refleksije na originalnom putu nazad. Budući da zupčanik ima razmak i zupce, kada svjetlost prođe kroz procjep kada posmatrač može vidjeti povratno svjetlo, kada se svjetlost slučajno susreće sa zubima će biti zaklonjena. Vrijeme od početka do prvog nestanka povratnog svjetla je vrijeme potrebno svjetlu da napravi jedan povratni put, a prema brzini zupčanika ovo vrijeme nije teško saznati. Na ovaj način, Fischer je izmjerio brzinu svjetlosti na 315,000 kilometara u sekundi, a kako su zupčanici bili određene širine, bilo je teško precizno izmjeriti brzinu širenja svjetlosti ovom metodom.
Godine 1850. francuski fizičar Foucault je poboljšao Fissoovu metodu koristeći samo sočivo, rotirajuće ravno ogledalo i konkavno ogledalo. Paralelna svjetlost konvergira u centar konkavnog ogledala kroz rotirajuće ravno ogledalo, a ista brzina rotacije ravnog ogledala može se koristiti za pronalaženje vremena povratnog puta svjetlosnog snopa, a brzina svjetlosti izmjerena na ovaj način je 298 ,000km u sekundi.
4. Mikrovalna metoda mjerenja
Svetlosni talasi su mali deo elektromagnetnog spektra, naučnici elektromagnetnog spektra svake vrste elektromagnetnih talasa vrše precizna merenja parametara. 1950., Eisen je predložio metodu rezonancije šupljine za mjerenje brzine svjetlosti. Princip mjerenja je: mikrovalna kroz šupljinu, kada je njena frekvencija određena vrijednost će rezonirati, rezonantna talasna dužina λ i rezonantna šupljina obima obima je odnos između R kao:
R=2.404825λ
I tada će se prema proizvodu valne dužine i frekvencije dobiti brzina svjetlosti. Preciznim merenjem prečnika rezonantne šupljine može se odrediti tačna rezonantna talasna dužina, dok se prečnik šupljine može precizno izmeriti interferometrijskim metodama, elektromagnetna frekvencija se može precizno odrediti metodom diferencijalne frekvencije korak po korak. Eisen sa svojim predloženim metodom da dobije brzinu svjetlosti za 299792,5 s 1km u sekundi, tačnost mjerenja od 10-7.
5. Lasersko mjerenje
Godine 1972., Nacionalni institut za standarde i tehnologiju (NIST) u Boulderu, Kolorado, SAD, koristio je lasersku interferometriju za određivanje brzine svjetlosti, dajući c=299792456.2±1.1 m/s, i dobijanje tačnosti mjerenja do 10-9, što je 100 puta preciznije od prethodnog mjerenja. Budući da su slični eksperimenti dali slične vrijednosti za brzinu svjetlosti, 17. Međunarodna konferencija o utezima i mjerama 1983. preporučila je 299792458m/s kao vrijednost za brzinu svjetlosti.
Slika Hronologija mjerenja brzine svjetlosti
Brzina svjetlosti je bila na putu od više od 300 godina mjerenja i konačno je finalizirana. U procesu istraživanja, naučnici su savršeno kombinovali teoriju i praksu, proračun i merenje, i na kraju dobili tačnu vrednost brzine svetlosti.
Određivanje brzine svjetlosti ne samo da utječe na definiciju jedinice "metar", već i pomaže daljnjim istraživanjima. Standardne jedinice kao što su brzina svjetlosti i "metar" mogu izgledati trivijalne, ali one su svjedočile napretku ljudske civilizacije. Nauka nema granica, a put čovječanstva da istražuje svijet tek je počeo.
