Anche la velocità della luce è un parametro importante della luce, la sua determinazione nella storia dello sviluppo dell'ottica ha un significato molto speciale e importante, non solo per promuovere lo sviluppo profondo degli esperimenti ottici, ma anche per rompere il concetto tradizionale di velocità della luce infinita. Nello sviluppo dello studio teorico della fisica, la determinazione della velocità della luce per la teoria delle particelle e la teoria della fluttuazione del dibattito fornisce una base per il giudizio e, in definitiva, promuove la scoperta e lo sviluppo della teoria della relatività di Einstein.
Come viene misurata la velocità della luce
1. Prologo alla misurazione della velocità della luce
C'era una disputa in fisica sulla velocità della luce. Sia Keplero che Cartesio credevano che la luce viaggiasse senza tempo e in un istante. Galileo credeva che la velocità della luce, sebbene insolitamente veloce, potesse essere misurata e nel 1607 Galileo condusse il primo esperimento per misurare la velocità della luce. Il metodo di misurazione di Galileo prevede che due persone si trovino a 1,6093 km di distanza sulla cima di due montagne, ciascuna con una lampada, la prima persona ad alzare la lampada, quando la seconda persona vede la lampada della prima persona immediatamente alza la propria lampada, da la prima persona che alza la lampada per vedere la lampada della seconda persona è l'intervallo tra il tempo di propagazione della luce, quindi in base alla distanza tra i due luoghi sarà in grado di ottenere la velocità di propagazione della luce. Tuttavia, poiché la velocità di propagazione della luce è troppo elevata, l'osservatore deve avere anche un certo tempo di reazione, quindi i tentativi di Galileo non hanno avuto successo, ma l'esperimento di Galileo è l'apertura della storia umana sulla velocità di propagazione della luce per misurare la preludio allo studio.
2. Misurazione astronomica
Nel 1676, l'astronomo danese Rømer propose per primo un metodo più efficace per misurare la velocità della luce. Qualsiasi processo periodico può essere utilizzato come "orologio", e lui riuscì a trovare l'orologio di Giove, che è molto lontano dalla Terra: un satellite eclissato da Giove ogni certo periodo. Ha osservato che il tempo tra due eclissi satellitari consecutive, quando la Terra si allontana dal movimento di Giove, rispetto al movimento della Terra verso Giove è più lungo della differenza temporale di circa 15 s. Romer attraverso l'osservazione delle eclissi del satellite di Giove e del diametro orbitale della Terra alla velocità della luce: 214300 km al secondo. questo valore dalla velocità della luce della precisione del valore della differenza è molto grande, ma questo non è il metodo di misurazione non corretto, la cosa principale è che quindi conoscere il raggio dell'orbita terrestre è solo un'approssimazione, mentre la misurazione del periodo di eclisse del satellite non è sufficientemente accurata. Successivamente, gli scienziati hanno utilizzato il metodo fotografico per misurare il tempo delle eclissi del satellite di Giove, e la precisione della misurazione del raggio orbitale della Terra è migliorata, utilizzando il metodo Romer per trovare che la velocità di propagazione della luce è 299840 al secondo 60 km, molto vicino a il valore accurato delle moderne misurazioni di laboratorio.
Nel 1728, l'astronomo inglese Bradley misurò la velocità della luce utilizzando il metodo della differenza di percorso della luce delle stelle. Mentre osservava le stelle sulla Terra, Bradley notò che le posizioni apparenti delle stelle cambiavano costantemente e che nel giro di un anno tutte le stelle sembravano orbitare attorno a un'ellisse con semiassi uguali attorno allo zenit per una settimana. Attribuì questo fenomeno al fatto che la luce delle stelle impiegava del tempo per raggiungere la terra e che durante questo tempo la terra aveva cambiato posizione mediante rotazione, da cui misurò che la velocità della luce era di 299.930 km al giorno. secondo.
3. Misurazione degli ingranaggi
Nel 1849, lo scienziato francese Fissot utilizzò per primo un dispositivo sperimentale progettato per determinare la velocità di propagazione della luce, e il suo principio di misurazione era simile a quello di Galileo. Pose una sorgente luminosa puntiforme nel punto focale della lente, tra la lente e la sorgente luminosa per inserire un ingranaggio, nella lente dall'altra parte del lato opposto dell'altra lente e uno specchio piano posto a sua volta, il lo specchio piano si trova nel fuoco della seconda lente. Sorgente luminosa puntiforme emessa dalla luce attraverso gli ingranaggi e le lenti in luce parallela, luce parallela attraverso la seconda lente e poi nello specchio piano raccolto in un punto, nello specchio piano dopo la riflessione nel senso originale del ritorno. Poiché l'ingranaggio ha uno spazio e dei denti, quando la luce passa attraverso lo spazio quando l'osservatore può vedere la luce di ritorno, quando la luce incontra i denti verrà oscurato. Il tempo che intercorre dall'inizio alla prima scomparsa della luce di ritorno è il tempo impiegato dalla luce per compiere un viaggio di andata e ritorno e, a seconda della velocità degli ingranaggi, questo tempo non è difficile da determinare. In questo modo, Fischer misurò che la velocità della luce era di 315,000 chilometri al secondo e, poiché gli ingranaggi avevano una certa larghezza, era difficile misurare con precisione la velocità di propagazione della luce utilizzando questo metodo.
Nel 1850, il fisico francese Foucault migliorò il metodo di Fisso utilizzando solo una lente, uno specchio piano rotante e uno specchio concavo. La luce parallela converge al centro dello specchio concavo attraverso lo specchio piano rotante, e la stessa velocità di rotazione dello specchio piano può essere utilizzata per trovare il tempo di andata e ritorno del raggio luminoso, e la velocità della luce misurata in questo modo è 298 ,000km al secondo.
4. Metodo di misurazione a microonde
Le onde luminose sono una piccola parte dello spettro elettromagnetico, gli scienziati dello spettro elettromagnetico di ogni tipo di parametri delle onde elettromagnetiche effettuano misurazioni di precisione. Nel 1950 Eisen propose un metodo di risonanza della cavità per misurare la velocità della luce. Il principio di misurazione è: Il microonde attraverso la cavità, quando la sua frequenza è un certo valore risuonerà, la lunghezza d'onda di risonanza λ e la cavità di risonanza della circonferenza della circonferenza del rapporto tra R come:
R=2.404825λ
E poi in base al prodotto della lunghezza d'onda e della frequenza si otterrà la velocità della luce. Misurando accuratamente il diametro della cavità di risonanza è possibile determinare l'esatta lunghezza d'onda di risonanza, mentre il diametro della cavità può essere misurato accuratamente con metodi interferometrici, la frequenza elettromagnetica può essere determinata con precisione mediante il metodo della frequenza differenziale passo dopo passo. Eisen con il metodo proposto per ottenere la velocità della luce per 299792,5 s 1 km al secondo, la precisione di misurazione di 10-7.
5. Misurazione laser
Nel 1972, il National Institute of Standards and Technology (NIST) di Boulder, Colorado, USA, ha utilizzato l'interferometria laser per determinare la velocità della luce, ottenendo c=299792456,2±1,1 m/s, e ottenendo una precisione di misurazione fino a 10-9, che è 100 volte più accurato della misurazione precedente. Poiché esperimenti simili hanno prodotto valori simili per la velocità della luce, la 17a Conferenza internazionale sui pesi e le misure del 1983 ha raccomandato 299792458 m/s come valore per la velocità della luce.
Cronologia delle immagini delle misurazioni della velocità della luce
La velocità della luce ha intrapreso un viaggio di oltre 300 anni di misurazioni ed è stata finalmente finalizzata. Nel processo di indagine, gli scienziati hanno combinato perfettamente teoria e pratica, calcolo e misurazione e alla fine hanno ottenuto un valore accurato della velocità della luce.
La determinazione della velocità della luce non influisce solo sulla definizione dell'unità "metro", ma aiuta anche ulteriori ricerche. Unità standard come la velocità della luce e il “metro” possono sembrare banali, ma sono state testimoni del progresso della civiltà umana. La scienza non ha limiti e il viaggio dell'umanità alla scoperta del mondo è appena iniziato.
