A velocidade da luz é também um parâmetro importante da luz, a sua determinação na história do desenvolvimento da óptica tem um significado muito especial e importante, não só para promover o desenvolvimento profundo das experiências ópticas, mas também para quebrar o conceito tradicional de o velocidade da luz infinita. No desenvolvimento do estudo teórico da física, a determinação da velocidade da luz para a teoria das partículas e a teoria da flutuação do debate fornece uma base para o julgamento e, em última análise, promove a descoberta e o desenvolvimento da teoria da relatividade de Einstein.
Como a velocidade da luz é medida
1. Prólogo à medição da velocidade da luz
Houve uma disputa na física sobre a velocidade da luz. Tanto Kepler quanto Descartes acreditavam que a luz viajava sem tempo e num instante. Galileu acreditava que a velocidade da luz, embora invulgarmente rápida, poderia ser medida e, em 1607, Galileu conduziu a primeira experiência para medir a velocidade da luz. O método de medição de Galileu consiste em deixar duas pessoas separadas por 1,6093 km no topo de duas montanhas, cada uma com uma lâmpada, a primeira pessoa a levantar a lâmpada, quando a segunda pessoa viu a lâmpada da primeira pessoa imediatamente levantou a sua própria lâmpada, de a primeira pessoa a levantar a lâmpada para ver a lâmpada da segunda pessoa é o intervalo entre o tempo de propagação da luz, e então de acordo com a distância entre os dois locais poderá obter a velocidade de propagação da luz. Porém, devido à velocidade de propagação da luz ser muito rápida, acoplado ao observador também deve ter um certo tempo de reação, então as tentativas de Galileu não tiveram sucesso, mas o experimento de Galileu é a abertura da história humana sobre a velocidade de propagação da luz para medir o prelúdio ao estudo.
2. Medição Astronômica
Em 1676, o astrônomo dinamarquês Rømer propôs pela primeira vez um método mais eficaz para medir a velocidade da luz. Qualquer processo periódico pode ser usado como um “relógio”, e ele conseguiu encontrar o relógio de Júpiter, que fica muito longe da Terra: um satélite eclipsado por Júpiter a cada determinado período. Ele observou que o tempo entre dois eclipses consecutivos de satélites, quando a Terra volta do movimento de Júpiter, é maior que o movimento da Terra em direção a Júpiter, do que a diferença de tempo de cerca de 15 s. Romer através da observação dos eclipses dos satélites de Júpiter e do diâmetro orbital da Terra à velocidade da luz: 214.300 km por segundo. esse valor da velocidade da luz da precisão do valor da diferença é muito grande, mas esse não é o método de medição que não está correto, o principal é que então saber o raio da órbita da Terra é apenas uma aproximação, enquanto a medição do período de eclipse do satélite não é suficientemente precisa. Mais tarde, os cientistas usaram o método fotográfico para medir o tempo dos eclipses dos satélites de Júpiter, e a precisão da medição do raio orbital da Terra foi melhorada, usando o método Romer para descobrir que a velocidade de propagação da luz é 299.840 por segundo 60 km, muito próximo de o valor preciso das medições laboratoriais modernas.
Em 1728, o astrônomo inglês Bradley mediu a velocidade da luz usando o método da diferença de deslocamento da luz entre as estrelas. Ao observar estrelas na Terra, Bradley notou que as posições aparentes das estrelas mudavam constantemente, e que dentro de um ano todas as estrelas pareciam orbitar uma elipse com eixos iguais de meio comprimento em torno do zênite durante uma semana. Ele atribuiu esse fenômeno ao fato de que demorou algum tempo para a luz das estrelas viajar até a Terra, e que durante esse tempo a Terra mudou de posição por rotação, a partir da qual ele mediu a velocidade da luz em 299.930 km por hora. segundo.
3. Medição de Engrenagens
Em 1849, o cientista francês Fissot utilizou pela primeira vez um dispositivo experimental concebido para determinar a velocidade de propagação da luz, e o seu princípio de medição era semelhante ao de Galileu. Ele colocou uma fonte de luz pontual no ponto focal da lente, entre a lente e a fonte de luz para colocar uma engrenagem, na lente do outro lado do outro lado da outra lente e um espelho plano colocado por sua vez, o espelho plano está localizado no foco da segunda lente. Fonte de luz pontual emitida pela luz através das engrenagens e lentes em luz paralela, luz paralela através da segunda lente e depois no espelho plano reunido em um ponto, no espelho plano após reflexão no caminho original de volta. Como a engrenagem tem uma folga e dentes, quando a luz passa pela folga, quando o observador consegue ver a luz de retorno, quando a luz encontra os dentes, eles ficam obscurecidos. O tempo desde o início até o primeiro desaparecimento da luz que retorna é o tempo que a luz leva para fazer uma viagem de ida e volta e, de acordo com a velocidade das engrenagens, esse tempo não é difícil de descobrir. Dessa forma, Fischer mediu a velocidade da luz em 315,{2}} quilômetros por segundo, e como as engrenagens tinham uma certa largura, era difícil medir com precisão a velocidade de propagação da luz usando esse método.
Em 1850, o físico francês Foucault melhorou o método de Fisso usando apenas uma lente, um espelho plano giratório e um espelho côncavo. A luz paralela converge para o centro do espelho côncavo através do espelho plano giratório, e a mesma velocidade de rotação do espelho plano pode ser usada para encontrar o tempo de ida e volta do feixe de luz, e a velocidade da luz medida desta forma é 298 ,000km por segundo.
4. Método de medição por microondas
As ondas de luz são uma pequena parte do espectro eletromagnético, os cientistas do espectro eletromagnético de cada tipo de parâmetros de ondas eletromagnéticas realizam medições de precisão. 1950, Eisen propôs um método de ressonância de cavidade para medir a velocidade da luz. O princípio de medição é:Microondas através da cavidade, quando sua frequência é um determinado valor irá ressoar, o comprimento de onda de ressonância λ e a cavidade de ressonância da circunferência da circunferência da relação entre R como:
R=2.404825λ
E então, de acordo com o produto do comprimento de onda e da frequência, obteremos a velocidade da luz. Ao medir com precisão o diâmetro da cavidade de ressonância pode-se determinar o comprimento de onda de ressonância exato, enquanto o diâmetro da cavidade pode ser medido com precisão por métodos interferométricos, a frequência eletromagnética pode ser determinada com precisão pelo método de frequência diferencial passo a passo. Eisen com seu método proposto para obter a velocidade da luz para 299.792,5 s 1 km por segundo, a precisão da medição de 10-7.
5. Medição a laser
Em 1972, o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) em Boulder, Colorado, EUA, utilizou interferometria a laser para determinar a velocidade da luz, produzindo c=2997924560,2±1,1m/s e obtendo uma precisão de medição de até 10-9, o que é 100 vezes mais preciso que a medição anterior. Uma vez que experiências semelhantes produziram valores semelhantes para a velocidade da luz, a 17ª Conferência Internacional sobre Pesos e Medidas em 1983 recomendou 299792458m/s como o valor para a velocidade da luz.
Cronologia de imagens de medições de velocidade da luz
A velocidade da luz percorreu uma jornada de mais de 300 anos de medições e finalmente foi finalizada. No processo de investigação, os cientistas combinaram perfeitamente teoria e prática, cálculo e medição e, finalmente, obtiveram um valor preciso da velocidade da luz.
A determinação da velocidade da luz não afeta apenas a definição da unidade “metro”, mas também auxilia pesquisas futuras. Unidades padrão como a velocidade da luz e o “metro” podem parecer triviais, mas testemunharam o progresso da civilização humana. A ciência não tem limites e a jornada da humanidade para explorar o mundo apenas começou.
