Ako bola najskôr meraná rýchlosť svetla

2024 Autor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 09:38

Rýchlosť svetla vo vákuu je "presne 299 792 458 metrov za sekundu". Dôvod, prečo dnes môžeme dať presnú hodnotu, je to preto, lebo rýchlosť svetla vo vákuu je univerzálna konštanta, ktorá sa merala pomocou lasera; a keď experiment zahŕňa lasery, je ťažké argumentovať s výsledkami. Pokiaľ ide o to, prečo sa vyskytuje niečo viditeľne ako celé číslo, nie je to žiadna náhoda - dĺžka metra je definovaná pomocou tejto konštanty: "dĺžka cesty prelečenej svetlom vo vákuu počas časového intervalu 1 / 299,792,458 sekundy."

Pred niekoľkými stovkami rokmi bolo všeobecne dohodnuté alebo prinajmenšom predpokladalo, že rýchlosť svetla je nekonečná, keď v skutočnosti je to naozaj, naozaj, naozaj rýchlo - na porovnanie, rýchlosť svetla je o niečo pomalšie ako najrýchlejší vec v známom vesmíre - čas odozvy dospievajúcej dievčiny, keby Justin Bieber povedal na Twitteru: "Prvým, kto odpovie na toto tweet bude moja nová priateľka."

Prvou známou osobou, ktorá spochybnila celú "rýchlosť svetla je nekonečná", bola filozof Empedocles z 5. storočia pred nl. O storočie neskôr sa Aristotle nesúhlasil s Empedoclesom a tvrdenie pokračovalo viac ako 2000 rokov neskôr.

Jeden z prvých prominentných jedincov, ktorí skutočne prišli s konkrétnym pokusom o otestovanie toho, či svetlo dosiahlo rýchlosť, bol holandský vedec Isaac Beeckman v roku 1629. Napriek tomu, že žil v čase pred lasery - čo mi dáva zmrazenie len premýšľal - Beeckman pochopil, že, chýbajúce lasery, základ dobrého vedeckého experimentu by mal vždy zahŕňať nejaké výbuchy; preto jeho experiment zahŕňal odpálenie pušného prachu.

Beeckman umiestnil zrkadlá v rôznych vzdialenostiach od explózie a spýtal sa pozorovateľov, či vidia nejaký rozdiel, keď sa blesk svetla, odrazený z každého zrkadla, dostal do očí. Ako môžete pravdepodobne hádať, experiment bol "Nepresvedčivé".

Podobný slávnejší pokus, ktorý nezahŕňal výbuchy, bol pravdepodobne uskutočnený alebo prinajmenšom navrhnutý Galileom Galileiom tesne za desať rokov neskôr v roku 1638. Galileo, rovnako ako Beeckman, tiež predpokladal, že rýchlosť svetla nebola nekonečná a urobila prechádzajúce referencie k experimentu zahŕňajúcemu lucerny v niektorej z jeho prác. Jeho experiment (ak ho vôbec viedol) zahŕňal umiestňovanie dvoch svietidiel na jednu míľu a snažil sa zistiť, či medzi nimi nedošlo k žiadnemu značnému oneskoreniu. výsledky boli nepresvedčivé. Jediná vec, ktorú Galileo dokázala predpokladať, bolo, že ak svetlo nebolo nekonečné, bolo to rýchle a experimenty v takej malej miere boli predurčené k neúspechu.

Až kým dánsky astronóm Ole Römer nevstúpil do úsilia, že meranie rýchlosti svetla sa zhoršilo. V experimente, vďaka ktorému Galileo blikajúce lucerny na kopci vyzerajú ako veľtrh vedeckých vecí v primárnej škole, Römer rozhodol, že bez laserov a výbuchov experiment by mal vždy zahŕňať vesmír. Takto založil svoje pozorovania na pohybe samotných planét a oznámil svoje priekopnícke výsledky 22. augusta 1676.

Konkrétne, pri štúdiu jedného z mesiacov Jupitera si Römer všimol, že čas medzi zatmenie sa bude meniť v priebehu celého roka (na základe toho, či sa Zem pohybuje smerom k Jupiterovi alebo od neho). Zvedavý o tom Römer začal robiť opatrné poznámky o čase I0 (mesiac, ktorý pozoroval), ktorý by prišiel do pohľadu a ako súvisel s časom, ktorý sa obyčajne očakával. Po chvíli si Römer všimol, že keď Zem obišla okolo Slnka a potom sa dostala ďalej od Jupitera, čas, ktorý by som prišiel do pozornosti, zaostával za očakávaným časom zapísaným v jeho poznámkach. Römer (správne) teoretizoval, že to bolo preto, že svetlo odrazené od Io nepokračovalo okamžite.

Bohužiaľ, presné výpočty, ktoré použil, boli stratené v roku 1728 v Kodanskom ohni, ale máme dosť dobré informácie o veciach z novinových správ, ktoré pokrývajú jeho objav, a od ostatných vedcov, ktorí v tom čase používali čísla Römera vo svojej vlastnej práci. Podstatou toho bolo, že pomocou radu chytrých výpočtov zahŕňajúcich priemer obrátok planéty Zeme a Jupitera mohol Römer dospieť k záveru, že trvalo asi 22 minút, kým svetlo prekročilo priemer obežnej dráhy Zeme okolo Slnka. Christiaan Huygens neskôr premenil to na bežné čísla, čo dokazuje, že podľa odhadu Römera svetlo vydalo okolo 220 000 kilometrov za sekundu. Tento údaj je trochu nepríjemný (približne 27% z ceny) od čísla uvedeného v prvom odseku, ale za chvíľu sa k tomu dostaneme.

Keď Römerov kolegovia takmer vo všeobecnosti vyjadrili pochybnosti vo svojej teórii o Io, Römer odpovedal tým, že pokojne im povedal, že zatmenie Io 9. novembra v roku 1676 bolo o 10 minút neskoro. Keď prišiel čas, pochybovači stáli chmúrne, ako pohyb celého nebeského tela, ktorý sa mu zaviazal k záveru.

Römerov kolegovia boli správne ohromení v jeho odhade, pretože aj dnes jeho odhad rýchlosti svetla sa považuje za úžasne presný vzhľadom na to, že to bolo urobené 300 rokov pred existenciou oboch laserov, internetu a Conana O'Briena vlasy.Dobre, tak to bolo 80.000 kilometrov za sekundu príliš pomalé, ale vzhľadom na stav vedy a techniky v tej dobe, to je pozoruhodne pôsobivé, obzvlášť vzhľadom k tomu, že bol v prvom rade práca preč náladu na začiatok.

Čo je ešte úžasnejšie, je dôvod, prečo odhad Römera je trochu príliš pomalý, má menej spoločného s akoukoľvek chybou na jeho strane a viac súvisí so skutočnosťou, že bežne akceptovaný priemer obrátok Zeme a Jupitera bol vypnutý Römer urobil svoje výpočty. Znamená to áno, Römer bol len zle, pretože ostatné ľudia neboli takí úžasní vo vede ako on. V skutočnosti, ak odoberiete správne čísla obežnej dráhy do toho, čo sa považuje za pôvodné výpočty zo správ predtým, než boli jeho dokumenty zničené v uvedenom ohni, jeho odhad je takmer na mieste.

Takže aj napriek tomu, že bol technicky zle a hoci James Bradley prišiel s presnejším číslom v roku 1729, Römer sa v histórii ocitne ako ten, ktorý prvýkrát dokázal, že rýchlosť svetla nebola nekonečná a vypracovala pomerne presnú figúrku na čo bola presná rýchlosť pozorovaním pohybov škvrny obiehajúcej obrovskú guľu plynu umiestnenú približne 780 miliónov kilometrov. Práve tam, dámy a páni, je to, ako zlý, chýba lasery, robí vedu.

Bonusové fakty:

• Energia potrebná na zastavenie Zeme okolo Slnka je približne 2,6478 × 10 ^ 33 joulov alebo 7,3551 × 10 ^ 29 watt hodín alebo 6,3285 * 10 ^ 17 megatónov TNT. Najväčší jadrový výbuch, ktorý kedy vybuchol (cár Bomba Sovietskeho zväzu), "len" produkoval 50 megatónov energie TNT. Takže by to trvalo asi 12.657.000.000.000.000 tých jadrových bômb odpálených na správnom mieste, aby zastavili Zem z obiehajúceho slnka.
• Okrem diskusie o tom, či rýchlosť svetla bola nekonečná alebo nie, spoločnou vedľajšou debatou v histórii bolo, či svetlo pochádza alebo nie z oka samotného, alebo z niečoho iného. Medzi známymi vedcami, ktorí verili v teóriu "svetlo vyžarovaného z oka", boli Ptolemy a Euclid. Väčšina tých, ktorí si mysleli, že táto teória správna tiež myslela, že rýchlosť svetla musí byť nekonečná, pretože v okamihu, keď otvárame oči, vidíme obrovské množstvo hviezd na nočnej oblohe a toto číslo nezvyšuje, čím dlhšie sa pozrieme, predtým sme sa dívali na jasné svetlo a naše oči sa prispôsobujú tme.