प्रकाश की गति कैसे पता करें. स्कूल विश्वकोश. प्रकाश की गति को मापने में अंतिम राग

निर्वात में प्रकाश की गति "ठीक 299,792,458 मीटर प्रति सेकंड" है। आज हम इस आंकड़े को सटीक रूप से नाम दे सकते हैं क्योंकि निर्वात में प्रकाश की गति एक सार्वभौमिक स्थिरांक है, जिसे लेजर का उपयोग करके मापा गया था।

जब किसी प्रयोग में इस उपकरण का उपयोग करने की बात आती है, तो परिणामों के साथ बहस करना कठिन होता है। प्रकाश की गति को ऐसे पूर्णांक संख्या में क्यों मापा जाता है, यह आश्चर्य की बात नहीं है: एक मीटर की लंबाई निम्नलिखित स्थिरांक का उपयोग करके निर्धारित की जाती है: "1 के समय अंतराल में निर्वात में प्रकाश द्वारा तय किए गए पथ की लंबाई" /299,792,458 सेकंड का।"

कुछ सौ साल पहले यह निर्णय लिया गया था, या कम से कम यह मान लिया गया था कि प्रकाश की गति की कोई सीमा नहीं है, जबकि वास्तव में यह बहुत अधिक है। यदि उत्तर यह निर्धारित करता है कि क्या वह जस्टिन बीबर की प्रेमिका बनेगी, तो एक आधुनिक किशोरी इस प्रश्न का उत्तर देगी: "प्रकाश की गति ब्रह्मांड की सबसे तेज़ चीज़ की तुलना में थोड़ी धीमी है।"

प्रकाश की गति की अनंतता के प्रश्न को संबोधित करने वाले पहले व्यक्ति पाँचवीं शताब्दी ईसा पूर्व में दार्शनिक एम्पेडोकल्स थे। एक और शताब्दी के बाद, अरस्तू एम्पेडोकल्स के बयान से असहमत हो गया, और यह विवाद 2,000 से अधिक वर्षों तक जारी रहेगा।

डच वैज्ञानिक इस्साक बैकमैन पहले ज्ञात वैज्ञानिक थे जिन्होंने 1629 में यह परीक्षण करने के लिए एक वास्तविक प्रयोग किया था कि प्रकाश की कोई गति है या नहीं। लेज़र के आविष्कार से एक सदी दूर रहते हुए, बैकमैन ने महसूस किया कि प्रयोग का आधार किसी भी मूल का विस्फोट होना चाहिए, इसलिए अपने प्रयोगों में उन्होंने विस्फोट करने वाले बारूद का उपयोग किया।

बैकमैन ने विस्फोट से अलग-अलग दूरी पर दर्पण लगाए और बाद में देखने वाले लोगों से पूछा कि क्या उन्हें प्रत्येक दर्पण में प्रतिबिंबित प्रकाश की चमक की धारणा में अंतर दिखाई देता है। जैसा कि आप अनुमान लगा सकते हैं, प्रयोग "अनिर्णायक" था। एक समान, अधिक प्रसिद्ध प्रयोग, लेकिन किसी विस्फोट के उपयोग के बिना, केवल एक दशक बाद, 1638 में, गैलीलियो गैलीली द्वारा किया गया या कम से कम आविष्कार किया गया हो सकता है। बैकमैन की तरह गैलीलियो को संदेह था कि प्रकाश की गति अनंत नहीं थी, और अपने कुछ कार्यों में उन्होंने प्रयोग जारी रखने का संदर्भ दिया, लेकिन फ्लैशलाइट की भागीदारी के साथ। अपने प्रयोग में (यदि उन्होंने कभी ऐसा किया हो!) उन्होंने एक मील की दूरी पर दो बत्तियाँ लगाईं और यह देखने की कोशिश की कि क्या कोई देरी हुई है। प्रयोग का नतीजा भी अनिर्णायक रहा. गैलीलियो केवल यही सुझाव दे सकते थे कि यदि प्रकाश अनंत नहीं है, तो यह बहुत तेज़ है, और इतने छोटे पैमाने पर किए गए प्रयोग विफल हो जाएंगे।

यह तब तक जारी रहा जब तक डेनिश खगोलशास्त्री ओलाफ रोमर ने प्रकाश की गति के साथ गंभीर प्रयोग शुरू नहीं किए। रोमर के प्रयोगों की तुलना में गैलीलियो के लालटेन पहाड़ी प्रयोग एक हाई स्कूल विज्ञान परियोजना की तरह दिखते थे। उन्होंने निश्चय किया कि प्रयोग बाहरी अंतरिक्ष में किया जाना चाहिए। इस प्रकार, उन्होंने अपना ध्यान ग्रहों के अवलोकन पर केंद्रित किया और 22 अगस्त, 1676 को अपने अभिनव विचार प्रस्तुत किये।

विशेष रूप से, बृहस्पति के चंद्रमाओं में से एक का अध्ययन करते समय, रोमर ने देखा कि ग्रहणों के बीच का समय पूरे वर्ष बदलता रहता है (यह इस बात पर निर्भर करता है कि बृहस्पति पृथ्वी की ओर बढ़ रहा है या उससे दूर)। इसमें रुचि रखते हुए, रोमर ने उन समयों पर सावधानीपूर्वक ध्यान दिया जब वह चंद्रमा का अवलोकन कर रहा था, आईओ, दृश्य में आया, और तुलना की कि उन समयों की तुलना उन समयों से कैसे की जाती है जब यह सामान्य रूप से अपेक्षित होता है। कुछ समय बाद, रोमर ने देखा कि जैसे-जैसे पृथ्वी सूर्य की परिक्रमा करते हुए बृहस्पति से दूर होती गई, वैसे-वैसे जिस समय आयो दृश्य में आया वह पहले से रिकॉर्ड में दर्ज समय से पीछे हो जाएगा। रोमर ने (सही ढंग से) सिद्धांत दिया कि ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रकाश को पृथ्वी से बृहस्पति तक की दूरी तय करने में अधिक समय लगता है क्योंकि दूरी स्वयं बढ़ती है।

दुर्भाग्य से, उनकी गणना 1728 की कोपेनहेगन आग में खो गई थी, लेकिन हमें उनके समकालीनों की कहानियों के साथ-साथ अन्य वैज्ञानिकों की रिपोर्टों से उनकी खोज के बारे में बड़ी मात्रा में जानकारी मिली है, जिन्होंने अपने कार्यों में रोमर की गणनाओं का उपयोग किया था। उनका सार यह है कि पृथ्वी के व्यास और बृहस्पति की कक्षा से संबंधित कई गणनाओं के माध्यम से, रोमर यह निष्कर्ष निकालने में सक्षम थे कि सूर्य के चारों ओर पृथ्वी की कक्षा के व्यास के बराबर दूरी तय करने में प्रकाश को लगभग 22 मिनट लगेंगे। क्रिस्टियान ह्यूजेंस ने बाद में इन गणनाओं को अधिक समझने योग्य आंकड़ों में परिवर्तित कर दिया, जिससे पता चला कि रोमर का अनुमान है कि प्रकाश लगभग 220,000 किलोमीटर प्रति सेकंड की यात्रा करता है। यह आंकड़ा अभी भी आधुनिक डेटा से बहुत अलग है, लेकिन हम जल्द ही उन पर लौटेंगे।

जब रोमर के विश्वविद्यालय के सहयोगियों ने उनके सिद्धांत के बारे में चिंता व्यक्त की, तो उन्होंने शांति से उन्हें बताया कि 9 नवंबर, 1676 का ग्रहण 10 मिनट बाद होगा। जब ऐसा हुआ, तो संदेह करने वाले आश्चर्यचकित रह गए, क्योंकि आकाशीय पिंड ने उनके सिद्धांत की पुष्टि की।

रोमर के सहकर्मी उनकी गणनाओं से बेहद चकित थे, क्योंकि आज भी प्रकाश की गति का उनका अनुमान आश्चर्यजनक रूप से सटीक माना जाता है, यह देखते हुए कि यह लेजर और इंटरनेट के आविष्कार से 300 साल पहले बनाया गया था। हालाँकि 80,000 किलोमीटर बहुत धीमी है, उस समय विज्ञान और प्रौद्योगिकी की स्थिति को ध्यान में रखते हुए, परिणाम वास्तव में प्रभावशाली है। इसके अलावा, रोमर केवल अपने अनुमानों पर भरोसा करते थे।

इससे भी अधिक आश्चर्य की बात यह है कि बहुत कम गति का कारण रोमर की गणना में नहीं था, बल्कि इस तथ्य में था कि जिस समय उन्होंने अपनी गणना की थी, उस समय पृथ्वी और बृहस्पति की कक्षाओं पर कोई सटीक डेटा नहीं था। इसका मतलब यह है कि वैज्ञानिक ने केवल इसलिए गलती की क्योंकि अन्य वैज्ञानिक उसके जितने चतुर नहीं थे। इसलिए यदि आप मौजूदा आधुनिक डेटा को उनके द्वारा की गई मूल गणना में डालते हैं, तो प्रकाश की गति की गणना सही होती है।

हालाँकि गणनाएँ तकनीकी रूप से गलत थीं, और जेम्स ब्रैडली ने 1729 में प्रकाश की गति की अधिक सटीक परिभाषा पाई, रोमर इतिहास में पहले व्यक्ति के रूप में यह साबित करने के लिए गए कि प्रकाश की गति निर्धारित की जा सकती है। उन्होंने पृथ्वी से लगभग 780 मिलियन किलोमीटर की दूरी पर स्थित एक विशाल गैसीय गेंद की गति को देखकर ऐसा किया।

प्रकाश की गति वह दूरी है जो प्रकाश प्रति इकाई समय में तय करता है। यह मान उस पदार्थ पर निर्भर करता है जिसमें प्रकाश फैलता है।

निर्वात में प्रकाश की गति 299,792,458 m/s है। यह उच्चतम गति है जिसे हासिल किया जा सकता है। ऐसी समस्याओं को हल करते समय जिनमें विशेष सटीकता की आवश्यकता नहीं होती है, यह मान 300,000,000 m/s के बराबर लिया जाता है। यह माना जाता है कि सभी प्रकार के विद्युत चुम्बकीय विकिरण प्रकाश की गति से निर्वात में फैलते हैं: रेडियो तरंगें, अवरक्त विकिरण, दृश्य प्रकाश, पराबैंगनी विकिरण, एक्स-रे, गामा विकिरण। इसे एक पत्र द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है साथ .

प्रकाश की गति कैसे निर्धारित की गई?

प्राचीन काल में वैज्ञानिकों का मानना ​​था कि प्रकाश की गति अनंत थी। बाद में वैज्ञानिकों के बीच इस मुद्दे पर चर्चा शुरू हुई। केप्लर, डेसकार्टेस और फ़र्मेट प्राचीन वैज्ञानिकों की राय से सहमत थे। और गैलीलियो और हुक का मानना ​​था कि, यद्यपि प्रकाश की गति बहुत अधिक है, फिर भी इसका एक सीमित मूल्य है।

गैलीलियो गैलीली

प्रकाश की गति को मापने का प्रयास करने वाले पहले लोगों में से एक इतालवी वैज्ञानिक गैलीलियो गैलीली थे। प्रयोग के दौरान वह और उनके सहायक अलग-अलग पहाड़ियों पर थे। गैलीलियो ने अपनी लालटेन का शटर खोला। जिस समय सहायक ने यह रोशनी देखी, उसे अपनी लालटेन के साथ भी वही क्रिया करनी पड़ी। प्रकाश को गैलीलियो से सहायक तक और वापस आने में इतना कम समय लगा कि गैलीलियो को एहसास हुआ कि प्रकाश की गति बहुत अधिक है, और इतनी कम दूरी पर इसे मापना असंभव है, क्योंकि प्रकाश यात्रा करता है लगभग तुरंत। और जो समय उसने रिकॉर्ड किया वह केवल किसी व्यक्ति की प्रतिक्रिया की गति को दर्शाता है।

प्रकाश की गति पहली बार 1676 में डेनिश खगोलशास्त्री ओलाफ रोमर द्वारा खगोलीय दूरियों का उपयोग करके निर्धारित की गई थी। बृहस्पति के चंद्रमा आयो के ग्रहण को देखने के लिए एक दूरबीन का उपयोग करते हुए, उन्होंने पाया कि जैसे-जैसे पृथ्वी बृहस्पति से दूर जाती है, प्रत्येक आगामी ग्रहण गणना की तुलना में बाद में होता है। अधिकतम विलंब, जब पृथ्वी सूर्य के दूसरी ओर चली जाती है और बृहस्पति से पृथ्वी की कक्षा के व्यास के बराबर दूरी पर चली जाती है, 22 घंटे होती है। हालाँकि उस समय पृथ्वी का सटीक व्यास ज्ञात नहीं था, वैज्ञानिक ने इसके अनुमानित मान को 22 घंटे से विभाजित किया और लगभग 220,000 किमी/सेकेंड का मान प्राप्त किया।

ओलाफ रोमर

रोमर द्वारा प्राप्त परिणाम से वैज्ञानिकों में अविश्वास पैदा हो गया। लेकिन 1849 में, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी आर्मंड हिप्पोलाइट लुईस फ़िज़ो ने घूर्णन शटर विधि का उपयोग करके प्रकाश की गति को मापा। उनके प्रयोग में, एक स्रोत से प्रकाश एक घूमते हुए पहिये के दांतों के बीच से गुजरा और एक दर्पण पर निर्देशित किया गया। उससे विचार कर वह वापस लौट आया। पहिए के घूमने की गति बढ़ गई. जब यह एक निश्चित मूल्य पर पहुंच गया, तो दर्पण से परावर्तित किरण को एक हिलते दांत द्वारा विलंबित कर दिया गया, और पर्यवेक्षक को उस समय कुछ भी दिखाई नहीं दिया।

फ़िज़ो का अनुभव

फ़िज़ौ ने प्रकाश की गति की गणना इस प्रकार की। प्रकाश अपने रास्ते चला जाता है एल एक पहिये से दर्पण तक एक समान समय में टी 1 = 2एल/सी . पहिए को ½ स्लॉट घूमने में लगने वाला समय है टी 2 = टी/2एन , कहाँ टी - पहिया घूमने की अवधि, एन - दांतों की संख्या। घूर्णन आवृत्ति वी = 1/टी . वह क्षण जब प्रेक्षक को प्रकाश दिखाई नहीं देता तब होता है टी 1 = टी 2 . यहाँ से हमें प्रकाश की गति ज्ञात करने का सूत्र प्राप्त होता है:

सी = 4LNv

इस सूत्र का उपयोग करके गणना करने के बाद, फ़िज़ो ने यह निर्धारित किया साथ = 313,000,000 मी/से. यह परिणाम कहीं अधिक सटीक था.

आर्मंड हिप्पोलीटे लुई फ़िज़ो

1838 में, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी और खगोलशास्त्री डोमिनिक फ्रांकोइस जीन अरागो ने प्रकाश की गति की गणना के लिए घूर्णन दर्पण विधि का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा। इस विचार को फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी, मैकेनिक और खगोलशास्त्री जीन बर्नार्ड लियोन फौकॉल्ट ने व्यवहार में लाया था, जिन्होंने 1862 में प्रकाश की गति का मान (298,000,000±500,000) मी/से. प्राप्त किया था।

डोमिनिक फ्रेंकोइस जीन अरागो

1891 में, अमेरिकी खगोलशास्त्री साइमन न्यूकॉम्ब का परिणाम फौकॉल्ट के परिणाम से अधिक सटीक निकला। उसकी गणना के परिणामस्वरूप साथ = (99,810,000±50,000) मी/से.

अमेरिकी भौतिक विज्ञानी अल्बर्ट अब्राहम मिशेलसन के शोध, जिन्होंने एक घूर्णन अष्टकोणीय दर्पण के साथ एक सेटअप का उपयोग किया, ने प्रकाश की गति को और भी अधिक सटीक रूप से निर्धारित करना संभव बना दिया। 1926 में, वैज्ञानिक ने दो पहाड़ों की चोटियों के बीच की दूरी तय करने में प्रकाश को लगने वाले समय को 35.4 किमी के बराबर मापा और प्राप्त किया साथ = (299,796,000±4,000) मी/से.

सबसे सटीक माप 1975 में किया गया था। उसी वर्ष, वजन और माप पर सामान्य सम्मेलन ने सिफारिश की कि प्रकाश की गति 299,792,458 ± 1.2 मीटर/सेकेंड के बराबर मानी जाए।

प्रकाश की गति किस पर निर्भर करती है?

निर्वात में प्रकाश की गति संदर्भ फ़्रेम या पर्यवेक्षक की स्थिति पर निर्भर नहीं करती है। यह 299,792,458 ± 1.2 मीटर/सेकेंड के बराबर स्थिर रहता है। लेकिन विभिन्न पारदर्शी मीडिया में यह गति निर्वात में इसकी गति से कम होगी। किसी भी पारदर्शी माध्यम में एक ऑप्टिकल घनत्व होता है। और यह जितना ऊँचा होता है, इसमें प्रकाश की गति उतनी ही धीमी होती है। उदाहरण के लिए, हवा में प्रकाश की गति पानी में इसकी गति से अधिक है, और शुद्ध ऑप्टिकल ग्लास में यह पानी की तुलना में कम है।

यदि प्रकाश कम सघन माध्यम से सघन माध्यम में जाता है तो उसकी गति कम हो जाती है। और यदि संक्रमण अधिक सघन माध्यम से कम सघन माध्यम में होता है, तो इसके विपरीत गति बढ़ जाती है। यह बताता है कि प्रकाश किरण दो मीडिया के बीच संक्रमण सीमा पर विक्षेपित क्यों होती है।

रोमर द्वारा प्रकाश की गति का मापन इस बात का प्रमाण है कि 7 दिसंबर, 1676 को पता चला कि प्रकाश की गति सीमित है, अर्थात, प्रकाश अनंत गति से यात्रा नहीं करता है, जैसा कि पहले सोचा गया था। आइए देखें कि ओलाफ रोमर से पहले और बाद में उन्होंने प्रकाश की गति को मापने की कैसे कोशिश की।

प्रकाश की गति (सी) निर्वात में नहीं मापा जाता. मानक इकाइयों में इसका सटीक निश्चित मान होता है। 1983 में अंतर्राष्ट्रीय समझौते के अनुसार, एक मीटर को प्रकाश द्वारा निर्वात में 1/299,792,458 सेकंड के समय में तय की गई दूरी के रूप में परिभाषित किया गया है। प्रकाश की गति ठीक 299792458 मीटर/सेकेंड है। एक इंच को 2.54 सेंटीमीटर के रूप में परिभाषित किया गया है। इसलिए, गैर-मीट्रिक इकाइयों में, प्रकाश की गति का भी एक सटीक मान होता है। यह परिभाषा केवल इसलिए समझ में आती है क्योंकि निर्वात में प्रकाश की गति स्थिर होती है, और इस तथ्य की प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की जानी चाहिए। पानी और हवा जैसे मीडिया में प्रकाश की गति को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित करना भी आवश्यक है।

सत्रहवीं सदी तक यह माना जाता था कि प्रकाश तुरंत यात्रा करता है। इसकी पुष्टि चंद्र ग्रहण के अवलोकन से हुई। प्रकाश की सीमित गति पर चंद्रमा के सापेक्ष पृथ्वी की स्थिति और चंद्रमा की सतह पर पृथ्वी की छाया की स्थिति के बीच देरी होनी चाहिए, लेकिन ऐसी कोई देरी नहीं पाई गई है। अब हम जानते हैं कि देरी को नोटिस करने के लिए प्रकाश की गति बहुत तेज़ है।

प्राचीन काल से ही प्रकाश की गति का अनुमान लगाया जाता रहा है और उस पर बहस होती रही है, लेकिन केवल तीन वैज्ञानिक (उनमें से सभी फ्रांसीसी) सांसारिक साधनों का उपयोग करके इसे मापने में कामयाब रहे। यह बहुत पुरानी और बहुत जटिल समस्या थी.

हालाँकि, पिछली शताब्दियों में, दार्शनिकों और वैज्ञानिकों ने प्रकाश के गुणों के बारे में जानकारी का काफी व्यापक भंडार जमा किया है। 300 वर्ष ईसा पूर्व, उन दिनों जब यूक्लिड ने अपनी ज्यामिति बनाई, यूनानी गणितज्ञ पहले से ही प्रकाश के बारे में बहुत कुछ जानते थे। यह ज्ञात था कि प्रकाश एक सीधी रेखा में यात्रा करता है और जब समतल दर्पण से परावर्तित होता है, तो किरण का आपतन कोण परावर्तन कोण के बराबर होता है। प्राचीन वैज्ञानिक प्रकाश अपवर्तन की घटना से अच्छी तरह परिचित थे। यह इस तथ्य में निहित है कि प्रकाश, एक माध्यम से, उदाहरण के लिए हवा, एक अलग घनत्व के माध्यम, उदाहरण के लिए पानी, में जाता है, अपवर्तित होता है।

अलेक्जेंड्रिया के एक खगोलशास्त्री और गणितज्ञ क्लॉडियस टॉलेमी ने आपतन और अपवर्तन के मापे गए कोणों की तालिकाएँ संकलित कीं, लेकिन प्रकाश के अपवर्तन का नियम केवल 1621 में लीडेन विलेब्रोर्ड स्नेलियस के डच गणितज्ञ द्वारा खोजा गया था, जिन्होंने पता लगाया था कि साइन का अनुपात किन्हीं दो अलग-अलग घनत्व वाले मीडिया के लिए आपतन कोण और अपवर्तन कोण स्थिर होते हैं।

महान अरस्तू और रोमन राजनेता लूसियस सेनेका सहित कई प्राचीन दार्शनिकों ने इंद्रधनुष के प्रकट होने के कारणों के बारे में सोचा। अरस्तू का मानना ​​था कि रंग पानी की बूंदों द्वारा प्रकाश के परावर्तन के परिणामस्वरूप प्रकट होते हैं; सेनेका की भी लगभग यही राय थी, उनका मानना ​​था कि नमी के कणों से बने बादल एक प्रकार का दर्पण होते हैं। किसी न किसी रूप में, मनुष्य ने अपने पूरे इतिहास में प्रकाश की प्रकृति में रुचि दिखाई है, जैसा कि मिथकों, किंवदंतियों, दार्शनिक विवादों और वैज्ञानिक टिप्पणियों से प्रमाणित होता है जो हम तक पहुँचे हैं।

अधिकांश प्राचीन वैज्ञानिकों (एम्पेडोकल्स को छोड़कर) की तरह, अरस्तू का मानना ​​था कि प्रकाश की गति अनंत है। अगर उसने अन्यथा सोचा तो यह आश्चर्य की बात होगी। आख़िरकार, इतनी तेज़ गति को तत्कालीन किसी भी मौजूदा तरीके या उपकरण से नहीं मापा जा सकता था। लेकिन बाद के समय में भी वैज्ञानिक इस बारे में सोचते रहे और बहस करते रहे। लगभग 900 वर्ष पहले अरब वैज्ञानिक एविसेना ने यह धारणा व्यक्त की थी कि यद्यपि प्रकाश की गति बहुत अधिक है, फिर भी इसका मान एक सीमित होना चाहिए। यह उनके समकालीनों में से एक, अरब भौतिक विज्ञानी अल्हाज़ेन की भी राय थी, जिन्होंने सबसे पहले गोधूलि की प्रकृति की व्याख्या की थी। बेशक, न तो किसी को और न ही दूसरे को प्रयोगात्मक रूप से अपनी राय की पुष्टि करने का अवसर मिला।

गैलीलियो का प्रयोग

ऐसे विवाद अनिश्चित काल तक जारी रह सकते हैं। समस्या को हल करने के लिए स्पष्ट, अकाट्य अनुभव की आवश्यकता थी। इस रास्ते पर चलने वाले पहले व्यक्ति इतालवी गैलीलियो गैलीली थे, जो अपनी प्रतिभा की बहुमुखी प्रतिभा से प्रभावित थे। उन्होंने प्रस्ताव दिया कि कई किलोमीटर की दूरी पर पहाड़ी की चोटी पर खड़े दो लोग शटर से सुसज्जित लालटेन का उपयोग करके सिग्नल भेजेंगे। उन्होंने इस विचार को व्यक्त किया, जिसे बाद में फ्लोरेंटाइन अकादमी के वैज्ञानिकों ने अपने काम "यांत्रिकी और स्थानीय गति से संबंधित विज्ञान की दो नई शाखाओं से संबंधित वार्तालाप और गणितीय प्रमाण" (1638 में लीडेन में प्रकाशित) में व्यक्त किया।

गैलीलियो के तीन वार्ताकार बात कर रहे हैं। पहला, सग्रेडो, पूछता है: “लेकिन यह गति किस प्रकार की और किस डिग्री की गति होनी चाहिए? क्या हमें अन्य सभी आंदोलनों की तरह इसे तात्कालिक या समय में घटित होने वाला मानना ​​चाहिए? सिम्पलिसियो, प्रतिगामी, तुरंत उत्तर देता है: "हर दिन के अनुभव से पता चलता है कि बंदूक की आग की लौ से प्रकाश बिना किसी समय बर्बाद किए हमारी आंखों पर अंकित हो जाता है, ध्वनि के विपरीत, जो काफी समय के बाद कान तक पहुंचती है।" सैग्रेडो इस पर अच्छे कारण से आपत्ति जताता है: "इस प्रसिद्ध अनुभव से, मैं इसके अलावा कोई अन्य निष्कर्ष नहीं निकाल सकता कि ध्वनि प्रकाश की तुलना में लंबे अंतराल पर हमारे कानों तक पहुंचती है।"

यहां साल्वती हस्तक्षेप करती है (गैलीलियो की राय व्यक्त करते हुए): "इन और अन्य समान टिप्पणियों के छोटे साक्ष्य ने मुझे यह सुनिश्चित करने के लिए किसी तरीके के बारे में सोचने के लिए मजबूर किया कि रोशनी, यानी। प्रकाश का प्रसार वास्तव में तात्कालिक है। मैं जो प्रयोग लेकर आया वह इस प्रकार है। दो व्यक्तियों में से प्रत्येक के हाथ में आग है, जो लालटेन या ऐसी ही किसी चीज़ में बंद है, जिसे साथी के सामने हाथ की हरकत से खोला और बंद किया जा सकता है; एक-दूसरे के सामने खड़े होकर "कई हाथ की दूरी पर, प्रतिभागी अपने साथी के सामने आग को बंद करने और खोलने का अभ्यास इस तरह से शुरू करते हैं कि जैसे ही एक को दूसरे की रोशनी का ध्यान आता है, वह तुरंत अपनी आग खोल देता है। मैं इसे केवल थोड़ी दूरी पर - एक मील से कम - पर ही उत्पन्न करने में कामयाब रहा, यही कारण है कि मैं निश्चित नहीं हो सका कि विपरीत प्रकाश की उपस्थिति वास्तव में अचानक हुई थी या नहीं। लेकिन अगर यह अचानक नहीं होता है, तो, किसी भी स्थिति में, अत्यधिक गति के साथ।”

निस्संदेह, उस समय गैलीलियो के पास उपलब्ध साधनों ने इस मुद्दे को इतनी आसानी से हल नहीं होने दिया और वह इस बात से पूरी तरह परिचित थे। बहस जारी रही. रासायनिक तत्व की पहली सही परिभाषा देने वाले प्रसिद्ध आयरिश वैज्ञानिक रॉबर्ट बॉयल का मानना ​​था कि प्रकाश की गति सीमित है, और 17वीं शताब्दी के एक अन्य प्रतिभाशाली रॉबर्ट हुक का मानना ​​था कि प्रकाश की गति प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित करने के लिए बहुत तेज़ है। . दूसरी ओर, खगोलशास्त्री जोहान्स केपलर और गणितज्ञ रेने डेसकार्टेस ने अरस्तू का दृष्टिकोण अपनाया।

रोमर और बृहस्पति का उपग्रह

इस दीवार में पहली बार दरार 1676 में बनाई गई थी। यह कुछ हद तक संयोगवश हुआ। एक सैद्धांतिक समस्या, जैसा कि विज्ञान के इतिहास में एक से अधिक बार हुआ है, एक विशुद्ध व्यावहारिक कार्य को पूरा करने के दौरान हल हो गई थी। व्यापार के विस्तार की ज़रूरतों और नेविगेशन के बढ़ते महत्व ने फ्रांसीसी विज्ञान अकादमी को भौगोलिक मानचित्रों को परिष्कृत करना शुरू करने के लिए प्रेरित किया, जिसके लिए विशेष रूप से भौगोलिक देशांतर निर्धारित करने के लिए अधिक विश्वसनीय तरीके की आवश्यकता थी। देशांतर का निर्धारण काफी सरल तरीके से किया जाता है - ग्लोब पर दो अलग-अलग बिंदुओं पर समय के अंतर से, लेकिन उस समय वे अभी तक नहीं जानते थे कि पर्याप्त सटीक घड़ियाँ कैसे बनाई जाती हैं। वैज्ञानिकों ने पेरिस समय और जहाज पर समय निर्धारित करने के लिए हर दिन एक ही समय में देखी जाने वाली कुछ खगोलीय घटनाओं का उपयोग करने का प्रस्ताव दिया है। इस घटना से एक नाविक या भूगोलवेत्ता अपनी घड़ी सेट कर सकता है और पेरिस का समय पता लगा सकता है। ऐसी घटना, जो समुद्र या ज़मीन पर किसी भी स्थान से दिखाई देती है, 1609 में गैलीलियो द्वारा खोजे गए बृहस्पति के चार बड़े चंद्रमाओं में से एक का ग्रहण है।

इस मुद्दे पर काम करने वाले वैज्ञानिकों में युवा डेनिश खगोलशास्त्री ओले रोमर भी थे, जिन्हें चार साल पहले फ्रांसीसी खगोलशास्त्री जीन पिकार्ड ने नई पेरिस वेधशाला में काम करने के लिए आमंत्रित किया था।

उस समय के अन्य खगोलविदों की तरह, रोमर को पता था कि बृहस्पति के निकटतम चंद्रमा के दो ग्रहणों के बीच की अवधि पूरे वर्ष अलग-अलग होती है; एक ही बिंदु से छह महीने अलग किए गए अवलोकन, अधिकतम 1320 सेकंड का अंतर देते हैं। ये 1320 सेकंड खगोलविदों के लिए एक रहस्य थे और कोई भी इनके लिए कोई संतोषजनक स्पष्टीकरण नहीं पा सका। ऐसा प्रतीत होता है कि उपग्रह की कक्षीय अवधि और बृहस्पति के सापेक्ष कक्षा में पृथ्वी की स्थिति के बीच कुछ संबंध है। और इसलिए रोमर ने, इन सभी अवलोकनों और गणनाओं की पूरी तरह से जाँच करने के बाद, अप्रत्याशित रूप से आसानी से पहेली को हल कर लिया।

रोमर ने माना कि 1320 सेकंड (या 22 मिनट) वह समय है जब प्रकाश अपनी कक्षा में बृहस्पति के निकटतम पृथ्वी की स्थिति से बृहस्पति से सबसे दूर की स्थिति तक यात्रा करता है, जहां पृथ्वी छह महीने के बाद समाप्त होती है। दूसरे शब्दों में, बृहस्पति के चंद्रमा से परावर्तित प्रकाश द्वारा तय की गई अतिरिक्त दूरी पृथ्वी की कक्षा के व्यास के बराबर है (चित्र 1)।

चावल। 1.रोमर के तर्क की योजना.
बृहस्पति के निकटतम उपग्रह की कक्षीय अवधि लगभग 42.5 घंटे है। इसलिए, उपग्रह को हर 42.5 घंटे में बृहस्पति द्वारा अस्पष्ट करना पड़ता था (या ग्रहण बैंड छोड़ना पड़ता था)। लेकिन छह महीनों के दौरान, जब पृथ्वी बृहस्पति से दूर चली गई, तो हर बार पूर्वानुमानित तिथियों की तुलना में अधिक देरी से ग्रहण देखे गए। रोमर इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि प्रकाश तुरंत यात्रा नहीं करता है, बल्कि इसकी एक सीमित गति होती है; इसलिए, जैसे-जैसे यह सूर्य के चारों ओर अपनी कक्षा में घूमता है और बृहस्पति से दूर जाता है, इसे पृथ्वी तक पहुंचने में अधिक से अधिक समय लगता है।

रोमर के समय में, पृथ्वी की कक्षा का व्यास लगभग 182,000,000 मील (292,000,000 किमी) माना जाता था। इस दूरी को 1320 सेकंड से विभाजित करने पर रोमर ने पाया कि प्रकाश की गति 138,000 मील (222,000 किमी) प्रति सेकंड है।

पहली नज़र में, ऐसा लग सकता है कि ऐसी त्रुटि (लगभग 80,000 किमी प्रति सेकंड) के साथ संख्यात्मक परिणाम प्राप्त करना कोई बड़ी उपलब्धि नहीं है। लेकिन सोचिए कि रोमर ने क्या हासिल किया। मानव जाति के इतिहास में पहली बार यह साबित हुआ कि गति, जिसे असीम रूप से तेज़ माना जाता था, ज्ञान और माप के लिए सुलभ है।

इसके अलावा, पहले प्रयास में, रोमर ने सही क्रम का मान प्राप्त किया। अगर हम इस बात को ध्यान में रखें कि वैज्ञानिक अभी भी पृथ्वी की कक्षा के व्यास और बृहस्पति के उपग्रहों के ग्रहण के समय को स्पष्ट करने पर काम कर रहे हैं, तो रोमर की त्रुटि कोई आश्चर्य की बात नहीं होगी। अब हम जानते हैं कि उपग्रह ग्रहण की अधिकतम देरी 22 मिनट नहीं है, जैसा कि रोमर ने सोचा था, लेकिन लगभग 16 मिनट 36 सेकंड, और पृथ्वी की कक्षा का व्यास लगभग 292,000,000 किमी नहीं, बल्कि 300,000,000 किमी है। यदि रोमर की गणना में ये सुधार किए जाएं, तो पता चलता है कि प्रकाश की गति 300,000 किमी प्रति सेकंड है, और यह परिणाम हमारे समय के वैज्ञानिकों द्वारा प्राप्त सबसे सटीक आंकड़े के करीब है।

एक अच्छी परिकल्पना के लिए मुख्य आवश्यकता यह है कि इसका उपयोग सही भविष्यवाणियाँ करने के लिए किया जा सके। प्रकाश की गति की अपनी गणना के आधार पर, रोमर कई महीनों पहले ही कुछ ग्रहणों की सटीक भविष्यवाणी करने में सक्षम था। उदाहरण के लिए, सितंबर 1676 में उन्होंने भविष्यवाणी की थी कि नवंबर में बृहस्पति का एक उपग्रह लगभग दस मिनट देर से दिखाई देगा। छोटे उपग्रह ने रोमर को निराश नहीं किया और एक सेकंड की सटीकता के साथ अनुमानित समय पर दिखाई दिया। परन्तु पेरिस के दार्शनिक रोमर के सिद्धांत की इस पुष्टि से भी आश्वस्त नहीं थे। हालाँकि, आइजैक न्यूटन और महान डच खगोलशास्त्री और भौतिक विज्ञानी क्रिस्टियान ह्यूजेंस डेन के समर्थन में सामने आए। और कुछ समय बाद, जनवरी 1729 में, अंग्रेजी खगोलशास्त्री जेम्स ब्रैडली, थोड़े अलग तरीके से, रोमर के समान निष्कर्ष पर पहुंचे। संदेह की कोई गुंजाइश नहीं थी. रोमर ने वैज्ञानिकों के बीच प्रचलित धारणा को ख़त्म कर दिया कि प्रकाश दूरी की परवाह किए बिना तुरंत यात्रा करता है।

रोमर ने सिद्ध किया कि यद्यपि प्रकाश की गति बहुत अधिक है, फिर भी यह सीमित है और इसे मापा जा सकता है। हालाँकि, रोमर की उपलब्धि को श्रद्धांजलि देते हुए भी कुछ वैज्ञानिक अभी भी पूरी तरह संतुष्ट नहीं थे। उनकी पद्धति का उपयोग करके प्रकाश की गति को मापना खगोलीय अवलोकनों पर आधारित था और इसमें लंबा समय लगता था। वे हमारे ग्रह की सीमाओं से परे जाने के बिना, पूरी तरह से सांसारिक साधनों का उपयोग करके प्रयोगशाला में माप करना चाहते थे, ताकि सभी प्रायोगिक स्थितियाँ नियंत्रण में रहें। डेसकार्टेस के समकालीन और मित्र, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी मारिन मार्सेन, पैंतीस साल पहले ध्वनि की गति को मापने में कामयाब रहे। हम प्रकाश के साथ ऐसा क्यों नहीं कर सकते?

सांसारिक साधनों से पहला आयाम

हालाँकि, इस समस्या के समाधान के लिए लगभग दो शताब्दियों तक इंतजार करना पड़ा। 1849 में, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी आर्मंड हिप्पोलीटे लुई फ़िज़ो एक काफी सरल विधि लेकर आए। चित्र में. चित्र 2 एक सरलीकृत स्थापना आरेख दिखाता है। फ़िज़ौ ने एक स्रोत से एक प्रकाश किरण को दर्पण की ओर निर्देशित किया में, तब यह किरण दर्पण पर प्रतिबिंबित होती थी ए. एक दर्पण सुरेसनेस में, फादर फ़िज़ो के घर में, और दूसरा पेरिस में मोंटमार्ट्रे में स्थापित किया गया था; दर्पणों के बीच की दूरी लगभग 8.66 किमी थी। दर्पणों के बीच एऔर मेंएक गियर रखा गया था जिसे एक निश्चित गति (स्ट्रोब सिद्धांत) पर घुमाया जा सकता था। घूमते पहिये के दाँतों ने प्रकाश किरण को बाधित कर दिया, जिससे वह स्पन्दों में टूट गया। इस प्रकार छोटी-छोटी चमकों की एक शृंखला भेजी गई।

चावल। 2.फ़िज़ो स्थापना।
रोमर द्वारा बृहस्पति के चंद्रमा के ग्रहणों के अवलोकन से प्रकाश की गति की गणना करने के 174 साल बाद, फ़िज़ो ने स्थलीय परिस्थितियों में प्रकाश की गति को मापने के लिए एक उपकरण का निर्माण किया। गियर सीप्रकाश की किरण को चमक में तोड़ दिया। फ़िज़्यू ने प्रकाश द्वारा दूरी तय करने में लगने वाले समय को मापा सीदर्पण को एऔर पीछे, 17.32 किमी के बराबर। इस पद्धति की कमजोरी यह थी कि प्रकाश की सबसे बड़ी चमक का क्षण पर्यवेक्षक द्वारा आंख से निर्धारित किया जाता था। ऐसे व्यक्तिपरक अवलोकन पर्याप्त सटीक नहीं हैं।

जब गियर स्थिर था और अपनी मूल स्थिति में था, तो पर्यवेक्षक दो दांतों के बीच के अंतराल के माध्यम से स्रोत से प्रकाश देख सकता था। फिर पहिया लगातार बढ़ती गति के साथ गति में सेट हो गया, और एक क्षण आया जब प्रकाश नाड़ी, दांतों के बीच के अंतराल से गुजरकर, दर्पण से प्रतिबिंबित होकर वापस लौट आई। ए, और दांत से देरी हुई। इस मामले में, पर्यवेक्षक ने कुछ भी नहीं देखा। जैसे-जैसे गियर आगे घूमता गया, रोशनी फिर से प्रकट हुई, तेज हो गई और अंततः अपनी अधिकतम तीव्रता पर पहुंच गई। फ़िज़ौ द्वारा उपयोग किए गए गियर में 720 दांत थे, और प्रकाश 25 चक्कर प्रति सेकंड पर अपनी अधिकतम तीव्रता तक पहुंच गया था। इन आंकड़ों के आधार पर फ़िज़ो ने प्रकाश की गति की गणना इस प्रकार की। प्रकाश दर्पणों के बीच की दूरी और पीछे की दूरी को उस समय के दौरान तय करता है जब पहिया दांतों के बीच एक स्थान से दूसरे स्थान तक घूमता है, यानी। 1/25 के लिए? 1/720, जो एक सेकंड का 1/18000 है। तय की गई दूरी दर्पणों के बीच की दूरी के दोगुने के बराबर है, अर्थात। 17.32 किमी. अतः प्रकाश की गति 17.32 · 18,000, या लगभग 312,000 किमी प्रति सेकंड है।

फौकॉल्ट का सुधार

जब फ़िज़्यू ने अपने माप के परिणाम की घोषणा की, तो वैज्ञानिकों ने इस विशाल आकृति की विश्वसनीयता पर संदेह किया, जिसके अनुसार प्रकाश 8 मिनट में सूर्य से पृथ्वी तक पहुंचता है और एक सेकंड के आठवें हिस्से में पृथ्वी का चक्कर लगा सकता है। यह अविश्वसनीय लग रहा था कि मनुष्य ऐसे आदिम उपकरणों से इतनी प्रचंड गति माप सकता है। प्रकाश एक सेकंड के 1/36000 में फ़िज़ो दर्पणों के बीच आठ किलोमीटर से अधिक की यात्रा करता है? असंभव, कईयों ने कहा। हालाँकि, फ़िज़ो द्वारा प्राप्त आंकड़ा रोमर के परिणाम के बहुत करीब था। यह शायद ही महज़ संयोग हो सकता है.

तेरह साल बाद, जबकि संशयवादी अभी भी संदेह कर रहे थे और व्यंग्यात्मक टिप्पणियाँ कर रहे थे, जीन बर्नार्ड लियोन फौकॉल्ट, एक पेरिस के प्रकाशक के बेटे और एक समय डॉक्टर बनने की तैयारी कर रहे थे, उन्होंने प्रकाश की गति को थोड़ा अलग तरीके से निर्धारित किया। उन्होंने फ़िज़्यू के साथ कई वर्षों तक काम किया और अपने अनुभव को बेहतर बनाने के बारे में बहुत सोचा। फौकॉल्ट ने गियर व्हील के बजाय घूमने वाले दर्पण का उपयोग किया।

चावल। 3.फौकॉल्ट की स्थापना.
कुछ सुधारों के बाद माइकलसन ने प्रकाश की गति निर्धारित करने के लिए इस उपकरण का उपयोग किया। इस उपकरण में, गियर व्हील (चित्र 2 देखें) को एक घूमने वाले फ्लैट दर्पण द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है सी. यदि दर्पण सीगतिहीन या बहुत धीमी गति से घूमने पर, प्रकाश पारभासी दर्पण पर प्रतिबिंबित होता है बीठोस रेखा द्वारा इंगित दिशा में. जब दर्पण तेजी से घूमता है, तो परावर्तित किरण बिंदीदार रेखा द्वारा इंगित स्थिति में चली जाती है। ऐपिस से देखकर, पर्यवेक्षक किरण के विस्थापन को माप सकता है। इस माप ने उसे दोगुना कोण दिया?, यानी। जिस समय प्रकाश किरण आई, उस दौरान दर्पण के घूमने का कोण सीअवतल दर्पण को एऔर वापस सी. दर्पण की घूर्णन गति जानना सी, से दूरी एपहले सीऔर दर्पण घूर्णन कोण सीइस दौरान प्रकाश की गति की गणना करना संभव हो सका।

फौकॉल्ट को एक प्रतिभाशाली शोधकर्ता के रूप में प्रतिष्ठा प्राप्त थी। 1855 में, उन्हें पेंडुलम के साथ अपने प्रयोग के लिए इंग्लैंड की रॉयल सोसाइटी के कोपले पदक से सम्मानित किया गया था, जिसने पृथ्वी के अपनी धुरी पर घूमने का प्रमाण प्रदान किया था। उन्होंने व्यावहारिक उपयोग के लिए उपयुक्त पहला जाइरोस्कोप भी बनाया। फ़िज़ौ के प्रयोग में गियर व्हील को घूमने वाले दर्पण के साथ बदलने से (यह विचार 1842 में डोमिनिको अरागो द्वारा प्रस्तावित किया गया था, लेकिन इसे लागू नहीं किया गया था) 8 किलोमीटर से अधिक घूमने वाले प्रकाश किरण द्वारा तय किए गए पथ को छोटा करना संभव हो गया दर्पण (चित्र 3) ने रिटर्न बीम को एक मामूली कोण पर विक्षेपित किया, जिससे प्रकाश की गति की गणना करने के लिए आवश्यक माप करना संभव हो गया। फौकॉल्ट द्वारा प्राप्त परिणाम 298,000 किमी/सेकंड था, यानी। फ़िज़ो द्वारा प्राप्त मूल्य से लगभग 17,000 किमी कम। (एक अन्य प्रयोग में, फौकॉल्ट ने पानी में प्रकाश की गति निर्धारित करने के लिए परावर्तक और घूमने वाले दर्पण के बीच पानी की एक ट्यूब रखी। इससे पता चला कि हवा में प्रकाश की गति अधिक है।)

दस साल बाद, पेरिस में इकोले पॉलिटेक्निक सुप्रीयर में प्रयोगात्मक भौतिकी के प्रोफेसर मैरी अल्फ्रेड कॉर्नू फिर से कॉगव्हील में लौट आए, लेकिन इसमें पहले से ही 200 दांत थे। कोर्नू का परिणाम पिछले परिणाम के करीब था। उन्हें 300,000 किमी प्रति सेकंड का आंकड़ा मिला। यह 1872 का मामला था, जब अन्नापोलिस में नौसेना अकादमी में अंतिम वर्ष के छात्र युवा माइकलसन से प्रकाश की गति को मापने के लिए फौकॉल्ट के उपकरण के बारे में बात करने के लिए प्रकाशिकी परीक्षा में पूछा गया था। तब किसी ने सोचा भी नहीं था कि भौतिक विज्ञान की पाठ्यपुस्तकें, जिनसे भावी पीढ़ी के छात्र अध्ययन करेंगे, उनमें मिशेलसन को फ़िज़ौ या फ़ौकॉल्ट की तुलना में कहीं अधिक स्थान दिया जाएगा।

1879 के वसंत में, न्यूयॉर्क टाइम्स ने रिपोर्ट दी: “अमेरिका के वैज्ञानिक क्षितिज पर एक चमकता हुआ नया सितारा दिखाई दिया है। नौसेना सेवा में एक जूनियर लेफ्टिनेंट, अन्नापोलिस में नौसेना अकादमी के स्नातक, अल्बर्ट ए. माइकलसन, जो अभी सत्ताईस वर्ष के नहीं हैं, ने प्रकाशिकी के क्षेत्र में उत्कृष्ट सफलता हासिल की है: उन्होंने प्रकाश की गति को मापा। डेली ट्रिब्यून ने "साइंस टू द पीपल" नामक संपादकीय में लिखा: "दूरस्थ नेवादा के एक खनन शहर वर्जीनिया सिटी का स्थानीय समाचार पत्र गर्व से रिपोर्ट करता है:" सेकंड लेफ्टिनेंट अल्बर्ट ए. माइकलसन, सैमुअल माइकलसन के बेटे, ड्राई गुड्स स्टोर हमारे शहर के मालिक ने एक उल्लेखनीय वैज्ञानिक उपलब्धि से पूरे देश का ध्यान आकर्षित किया: उन्होंने प्रकाश की गति मापी।"

फिलिप गिब्स , 1997

यदि आपको कोई त्रुटि मिलती है, तो कृपया पाठ के एक टुकड़े को हाइलाइट करें और क्लिक करें Ctrl+Enter.

दृश्य: 162