Jak mierzono prędkość światła i jaka jest jego rzeczywista wartość

Na długo zanim naukowcy zmierzyli prędkość światła, musieli ciężko pracować, aby zdefiniować samo pojęcie „światła”. Jednym z pierwszych, który o tym pomyślał, był Arystoteles, który uważał światło za rodzaj ruchomej substancji rozprzestrzeniającej się w przestrzeni. Jego starożytny rzymski kolega i zwolennik Lukrecjusz Carus nalegał na atomową strukturę światła.

Do XVII wieku ukształtowały się dwie główne teorie natury światła - korpuskularna i falowa. Wśród zwolenników pierwszego był Newton. Jego zdaniem wszystkie źródła światła emitują najmniejsze cząsteczki. W trakcie „lotu” tworzą świetliste linie - promienie. Jego przeciwnik, holenderski naukowiec Christian Huygens, upierał się, że światło jest rodzajem ruchu falowego.

W wyniku wielowiekowych sporów naukowcy doszli do konsensusu: obie teorie mają prawo do życia, a światło to widmo fal elektromagnetycznych widocznych dla oka.

Trochę historii. Jak mierzono prędkość światła

Większość starożytnych naukowców była przekonana, że ​​prędkość światła jest nieskończona. Jednak wyniki badań Galileusza i Hooke'a potwierdziły swój limit, co wyraźnie potwierdził w XVII wieku wybitny duński astronom i matematyk Olaf Roemer.

Dokonał pierwszych pomiarów, obserwując zaćmienia Io, satelity Jowisza w czasie, gdy Jowisz i Ziemia znajdowały się po przeciwnych stronach względem Słońca. Roemer odnotował, że gdy Ziemia oddalała się od Jowisza na odległość równą średnicy orbity Ziemi, czas opóźnienia się zmienił. Maksymalna wartość wynosiła 22 minuty. W wyniku obliczeń uzyskał prędkość 220000 km / s.

50 lat później, w 1728 roku, dzięki odkryciu aberracji, angielski astronom J. Bradley „poprawił” tę liczbę do 308 000 km / s. Później prędkość światła mierzyli francuscy astrofizycy François Argo i Leon Foucault, który na „wyjściu” uzyskał 298 000 km / s. Jeszcze dokładniejszą technikę pomiaru zaproponował twórca interferometru, słynny amerykański fizyk Albert Michelson.

Eksperyment Michelsona w określaniu prędkości światła

Eksperymenty trwały od 1924 do 1927 roku i składały się z 5 serii obserwacji. Istota eksperymentu była następująca. Na Mount Wilson w okolicach Los Angeles zainstalowano źródło światła, lustro i obracający się pryzmat ośmiościenny, a po 35 km lustro odblaskowe na Mount San Antonio. Najpierw światło wpadające przez soczewkę i szczelinę padało na pryzmat obracający się za pomocą szybkoobrotowego wirnika (z prędkością 528 obr / s).

Uczestnicy eksperymentów mogli dostosować prędkość obrotową tak, aby obraz źródła światła był dobrze widoczny w okularze. Znając odległość między szczytami i częstotliwość obrotów, Michelson wyznaczył wartość prędkości światła - 299796 km / s.

Ostatecznie naukowcy zdecydowali się na prędkość światła w drugiej połowie XX wieku, kiedy powstawały masery i lasery charakteryzujące się najwyższą stabilnością częstotliwości promieniowania. Na początku lat 70. błąd pomiaru spadł do 1 km / s. W rezultacie, zgodnie z zaleceniem XV Generalnej Konferencji Miar, która odbyła się w 1975 roku, postanowiono przyjąć, że prędkość światła w próżni wynosi obecnie 299792, 458 km / s.

Czy prędkość światła jest dla nas osiągalna?

Jest oczywiste, że eksploracja odległych zakątków Wszechświata jest nie do pomyślenia bez statków kosmicznych latających z dużą prędkością. Pożądany z prędkością światła. Ale czy to możliwe?

Bariera prędkości światła jest jedną z konsekwencji teorii względności. Jak wiesz, wzrost prędkości wymaga zwiększenia energii. Prędkość światła wymagałaby prawie nieskończonej energii.

Niestety, prawa fizyki kategorycznie temu zaprzeczają. Przy prędkości statku kosmicznego 300 000 km / s lecące w jego kierunku cząsteczki, na przykład atomy wodoru, zamieniają się w śmiertelne źródło silnego promieniowania o wartości 10 000 siwertów / s. To mniej więcej to samo, co przebywanie w Wielkim Zderzaczu Hadronów.

Zdaniem naukowców z Johns Hopkins University, podczas gdy w naturze nie ma dostatecznej ochrony przed tak potwornym kosmicznym promieniowaniem. Erozja spowodowana działaniem pyłu międzygwiazdowego zakończy zniszczenie statku.

Innym problemem związanym z prędkością światła jest dylatacja czasu. Jednocześnie starość znacznie się wydłuży. Pole widzenia ulegnie również zakrzywieniu, w wyniku czego trajektoria statku przejdzie niejako wewnątrz tunelu, na końcu którego załoga zobaczy świecący błysk. Za statkiem pozostanie absolutna ciemność.

Dlatego w najbliższej przyszłości ludzkość będzie musiała ograniczyć swoje „apetyty” o dużej prędkości do 10% prędkości światła. Oznacza to, że najbliższa Ziemi gwiazda - Proxima Centauri (4, 22 lata świetlne) leci za około 40 lat.