La velocitat de la llum també és un paràmetre important de la llum, la seva determinació en la història del desenvolupament de l'òptica té una importància molt especial i important, no només per promoure el desenvolupament profund dels experiments òptics, sinó també per trencar el concepte tradicional de l'òptica. velocitat de la llum infinita. En el desenvolupament de l'estudi teòric de la física, la determinació de la velocitat de la llum per a la teoria de partícules i la teoria de la fluctuació del debat proporciona una base per al judici i, finalment, promou el descobriment i el desenvolupament de la teoria de la relativitat d'Einstein.
Com es mesura la velocitat de la llum
1. Pròleg de la Mesura de la velocitat de la llum
Hi va haver una disputa en física sobre la velocitat de la llum. Tant Kepler com Descartes creien que la llum viatjava sense temps i en un instant. Galileu creia que la velocitat de la llum, encara que inusualment ràpida, es podia mesurar, i el 1607, Galileu va realitzar el primer experiment per mesurar la velocitat de la llum. El mètode de mesura de Galileu és deixar que dues persones estiguessin a 1,6093 km de distància al cim de dues muntanyes, cadascuna amb un llum, la primera persona que va aixecar el llum, quan la segona persona va veure el llum de la primera persona va aixecar immediatament el seu propi llum, des de la primera persona que aixeca la làmpada per veure la llum de la segona persona és l'interval entre el temps de propagació de la llum, i després, segons la distància entre els dos llocs, podrà obtenir la velocitat de propagació de la llum. No obstant això, a causa de la velocitat de propagació de la llum és massa ràpida, juntament amb l'observador també ha de tenir un cert temps de reacció, de manera que els intents de Galileu no van tenir èxit, però l'experiment de Galileu és l'obertura de la història humana sobre la velocitat de propagació de la llum per mesurar la preludi de l'estudi.
2. Mesura astronòmica
L'any 1676, l'astrònom danès Rømer va proposar per primera vegada un mètode més eficaç per mesurar la velocitat de la llum. Qualsevol procés periòdic es pot utilitzar com a "rellotge", i va aconseguir trobar el rellotge de Júpiter, que està molt lluny de la Terra: un satèl·lit eclipsat per Júpiter cada període determinat. Va observar que el temps entre dos eclipsis de satèl·lit consecutius, quan la Terra torna del moviment de Júpiter, que el moviment de la Terra cap a Júpiter més llarg que la diferència de temps d'uns 15 s. Romer mitjançant l'observació dels eclipsis de satèl·lit de Júpiter i el diàmetre orbital de la Terra de la velocitat de la llum: 214300km per segon. aquest valor de la velocitat de la llum de la precisió del valor de la diferència és molt gran, però aquest no és el mètode de mesura no és correcte, el més important és que llavors Conegui el radi de l'òrbita de la Terra només és una aproximació, mentre que la mesura del període d'eclipsi per satèl·lit no és prou precisa. Més tard, els científics van utilitzar el mètode fotogràfic per mesurar el temps dels eclipsis de satèl·lit de Júpiter, i es millora la precisió de la mesura del radi orbital de la Terra, utilitzant el mètode de Romer per trobar la velocitat de propagació de la llum és de 299.840 per segon 60 km, molt a prop de el valor precís de les mesures de laboratori moderns.
El 1728, l'astrònom anglès Bradley va mesurar la velocitat de la llum utilitzant el mètode de la diferència de viatge de la llum de les estrelles. Mentre observava les estrelles a la Terra, Bradley va notar que les posicions aparents de les estrelles estaven canviant constantment i que, en un any, totes les estrelles semblaven orbitar una el·lipse amb eixos de mitja longitud iguals al voltant del zenit durant una setmana. Va atribuir aquest fenomen al fet que la llum de les estrelles va trigar un temps a viatjar a terra, i que durant aquest temps la terra havia canviat de posició per rotació, a partir del qual va mesurar la velocitat de la llum a 299.930 km per cada. segon.
3. Mesura d'engranatges
El 1849, el científic francès Fissot va utilitzar per primera vegada un dispositiu experimental dissenyat per determinar la velocitat de propagació de la llum, i el seu principi de mesura era similar al de Galileu. Va col·locar una font de llum puntual al punt focal de la lent, entre la lent i la font de llum per posar un engranatge, a la lent a l'altre costat de l'altre costat de l'altra lent i un mirall pla col·locat al seu torn, el El mirall pla es troba al focus de la segona lent. Font de llum puntual emesa per la llum a través dels engranatges i les lents en llum paral·lela, llum paral·lela a través de la segona lent i després en el mirall pla reunit en un punt, en el mirall pla després de la reflexió en el camí de tornada original. Atès que l'engranatge té un buit i dents, quan la llum passa per l'espai quan l'observador pot veure la llum de retorn, quan la llum es troba amb les dents quedarà enfosquit. El temps des de l'inici fins a la primera desaparició de la llum que torna és el temps que triga la llum a fer un viatge d'anada i tornada i, segons la velocitat dels engranatges, aquesta vegada no és difícil d'esbrinar. D'aquesta manera, Fischer va mesurar la velocitat de la llum a 315,000 quilòmetres per segon, i com que els engranatges tenien una certa amplada, era difícil mesurar amb precisió la velocitat de propagació de la llum mitjançant aquest mètode.
El 1850, el físic francès Foucault va millorar el mètode de Fisso utilitzant només una lent, un mirall pla giratori i un mirall còncau. La llum paral·lela convergeix al centre del mirall còncau a través del mirall pla giratori, i es pot utilitzar la mateixa velocitat de rotació del mirall pla per trobar el temps d'anada i tornada del feix de llum, i la velocitat de la llum mesurada d'aquesta manera és de 298. ,000km per segon.
4. Mètode de mesura de microones
Les ones de llum són una petita part de l'espectre electromagnètic, els científics de l'espectre electromagnètic de cada tipus de paràmetres d'ones electromagnètiques realitzen mesures de precisió. El 1950, Eisen va proposar un mètode de ressonància de cavitat per mesurar la velocitat de la llum. El principi de mesura és: Microones a través de la cavitat, quan la seva freqüència és un cert valor ressonarà, la longitud d'ona de ressonància λ i la cavitat de ressonància de la circumferència de la circumferència de la relació entre R com:
R=2.404825λ
I després, segons el producte de la longitud d'ona i la freqüència, obtindrà la velocitat de la llum. En mesurar amb precisió el diàmetre de la cavitat de ressonància es pot determinar la longitud d'ona exacta de la ressonància, mentre que el diàmetre de la cavitat es pot mesurar amb precisió mitjançant mètodes interferomètrics, la freqüència electromagnètica es pot determinar amb precisió mitjançant el mètode de freqüència diferencial pas a pas. Eisen amb el seu mètode proposat per obtenir la velocitat de la llum durant 299792,5 s 1 km per segon, la precisió de mesura de 10-7.
5. Mesurament làser
L'any 1972, l'Institut Nacional d'Estàndards i Tecnologia (NIST) de Boulder, Colorado, EUA, va utilitzar la interferometria làser per determinar la velocitat de la llum, donant c=299792456,2±1,1m/s, i obtenint una precisió de mesura. de fins a 10-9, que és 100 vegades més precisa que la mesura anterior. Com que experiments similars van donar valors similars per a la velocitat de la llum, la 17a Conferència Internacional sobre Peses i Mesures de 1983 va recomanar 299792458m/s com a valor de la velocitat de la llum.
Cronologia de la imatge de les mesures de velocitat de la llum
La velocitat de la llum ha estat en un viatge de més de 300 anys de mesures i finalment s'ha concretat. En el procés d'investigació, els científics van combinar perfectament teoria i pràctica, càlcul i mesura, i finalment van obtenir un valor precís de la velocitat de la llum.
La determinació de la velocitat de la llum no només afecta la definició de la unitat "metre", sinó que també ajuda a seguir investigant. Les unitats estàndard com la velocitat de la llum i el "metre" poden semblar trivials, però han estat testimonis del progrés de la civilització humana. La ciència no té límits, i el viatge de la humanitat per explorar el món acaba de començar.
