วิธีหาความเร็วแสง. สารานุกรมโรงเรียน. คอร์ดสุดท้ายในการวัดความเร็วแสง

ความเร็วแสงในสุญญากาศคือ “299,792,458 เมตรต่อวินาทีพอดี” ปัจจุบันเราสามารถตั้งชื่อตัวเลขนี้ได้อย่างถูกต้อง เนื่องจากความเร็วแสงในสุญญากาศเป็นค่าคงที่สากล ซึ่งวัดโดยใช้เลเซอร์

เมื่อพูดถึงการใช้เครื่องมือนี้ในการทดสอบ เป็นเรื่องยากที่จะโต้แย้งกับผลลัพธ์ เหตุใดจึงวัดความเร็วแสงเป็นจำนวนเต็มจึงไม่น่าแปลกใจ: ความยาวของเมตรถูกกำหนดโดยใช้ค่าคงที่ต่อไปนี้: “ความยาวของเส้นทางที่แสงเดินทางในสุญญากาศในช่วงเวลา 1 /299,792,458 วินาที”

เมื่อสองสามร้อยปีก่อน มีการตัดสินใจหรืออย่างน้อยก็สันนิษฐานว่าความเร็วแสงไม่มีขีดจำกัด ทั้งที่จริงๆ แล้วความเร็วแสงนั้นสูงมาก หากคำตอบกำหนดว่าเธอจะมาเป็นแฟนสาวของจัสติน บีเบอร์หรือไม่ วัยรุ่นยุคใหม่จะตอบคำถามนี้ว่า "ความเร็วแสงช้ากว่าสิ่งที่เร็วที่สุดในจักรวาลเล็กน้อย"

คนแรกที่ตอบคำถามเรื่องอนันต์ของความเร็วแสงคือนักปรัชญา Empedocles ในศตวรรษที่ห้าก่อนคริสต์ศักราช อีกศตวรรษต่อมา อริสโตเติลก็ไม่เห็นด้วยกับคำกล่าวของ Empedocles และข้อพิพาทจะดำเนินต่อไปนานกว่า 2,000 ปี

นักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ Issac Backman เป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่ค้นพบการทดลองจริงเพื่อทดสอบว่าแสงมีความเร็วหรือไม่ในปี 1629 แบ็คแมนใช้ชีวิตอยู่ห่างไกลจากการประดิษฐ์เลเซอร์มาเป็นเวลาร่วมศตวรรษ โดยตระหนักว่าพื้นฐานของการทดลองควรเป็นการระเบิดจากแหล่งกำเนิดใดๆ ก็ตาม ดังนั้นในการทดลองของเขา เขาจึงใช้ดินปืนในการระเบิด

แบ็คแมนวางกระจกไว้ในระยะห่างที่แตกต่างจากการระเบิด และถามผู้คนที่เฝ้าดูอยู่ในภายหลังว่าพวกเขาเห็นความแตกต่างในการรับรู้แสงแฟลชที่สะท้อนในกระจกแต่ละบานหรือไม่ ดังที่คุณคงเดาได้ การทดลองนี้ "ไม่สามารถสรุปผลได้" การทดลองที่คล้ายกันและมีชื่อเสียงมากกว่า แต่ไม่ต้องใช้การระเบิด อาจเกิดขึ้นหรืออย่างน้อยก็ประดิษฐ์ขึ้นโดยกาลิเลโอ กาลิเลอี เพียงหนึ่งทศวรรษต่อมาในปี 1638 กาลิเลโอก็เหมือนกับแบ็คแมนที่สงสัยว่าความเร็วแสงนั้นไม่มีที่สิ้นสุด และในงานบางชิ้นของเขาเขาได้อ้างถึงความต่อเนื่องของการทดลอง แต่ด้วยการมีส่วนร่วมของไฟฉาย ในการทดลองของเขา (ถ้าเขาเคยทำมาก่อน!) เขาวางไฟสองดวงให้ห่างกันหนึ่งไมล์ และพยายามดูว่ามีความล่าช้าหรือไม่ ผลการทดลองก็ยังสรุปไม่ได้เช่นกัน สิ่งเดียวที่กาลิเลโอบอกได้คือถ้าแสงไม่ไม่มีที่สิ้นสุด มันก็เร็วเกินไป และการทดลองในขนาดที่เล็กขนาดนี้ก็ถึงวาระที่จะล้มเหลว

สิ่งนี้ดำเนินต่อไปจนกระทั่งนักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์ก Olaf Roemer เริ่มการทดลองอย่างจริงจังด้วยความเร็วแสง การทดลองบนเนินโคมของกาลิเลโอดูเหมือนเป็นโครงงานวิทยาศาสตร์ระดับมัธยมปลายเมื่อเปรียบเทียบกับการทดลองของโรเมอร์ เขาตัดสินใจว่าควรทำการทดลองในอวกาศ ดังนั้นเขาจึงมุ่งความสนใจไปที่การสังเกตดาวเคราะห์และนำเสนอมุมมองเชิงนวัตกรรมของเขาเมื่อวันที่ 22 สิงหาคม ค.ศ. 1676

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในขณะที่ศึกษาดวงจันทร์ดวงหนึ่งของดาวพฤหัส โรเมอร์สังเกตว่าเวลาระหว่างสุริยุปราคาแตกต่างกันไปตลอดทั้งปี (ขึ้นอยู่กับว่าดาวพฤหัสเคลื่อนตัวเข้าหาหรือออกจากโลก) ด้วยความสนใจในเรื่องนี้ โรเมอร์จึงจดบันทึกเวลาที่ไอโอกำลังสังเกตดวงจันทร์อย่างระมัดระวัง และเปรียบเทียบช่วงเวลาเหล่านั้นกับเวลาที่ปกติคาดว่าจะเกิดขึ้น หลังจากนั้นครู่หนึ่ง โรเมอร์สังเกตเห็นว่าขณะที่โลกอยู่ห่างจากดาวพฤหัสมากขึ้นในขณะที่มันโคจรรอบดวงอาทิตย์ เวลาที่ไอโอปรากฏก็จะล่าช้ากว่าเวลาที่ระบุไว้ในบันทึกก่อนหน้านี้อีก โรเมอร์ (ถูกต้อง) ตั้งทฤษฎีว่าเป็นเพราะแสงใช้เวลานานกว่าในการเดินทางระยะทางจากโลกไปยังดาวพฤหัสบดีเมื่อระยะห่างเพิ่มขึ้น

น่าเสียดายที่การคำนวณของเขาสูญหายไปในเหตุการณ์เพลิงไหม้ที่โคเปนเฮเกนในปี 1728 แต่เรามีข้อมูลจำนวนมากเกี่ยวกับการค้นพบของเขาจากเรื่องราวของคนรุ่นราวคราวเดียวกับเขา รวมถึงจากรายงานของนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ ที่ใช้การคำนวณของ Roemer ในงานของพวกเขา สิ่งสำคัญคือจากการคำนวณหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับเส้นผ่านศูนย์กลางของโลกและวงโคจรของดาวพฤหัสบดี โรเมอร์สามารถสรุปได้ว่าแสงจะใช้เวลาประมาณ 22 นาทีในการเดินทางเป็นระยะทางเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ ในเวลาต่อมา คริสเตียน ไฮเกนส์ ได้แปลงการคำนวณเหล่านี้เป็นตัวเลขที่เข้าใจได้ง่ายขึ้น โดยแสดงให้เห็นว่าโรเมอร์ประมาณการณ์ว่าแสงเดินทางได้ประมาณ 220,000 กิโลเมตรต่อวินาที ตัวเลขนี้ยังแตกต่างจากข้อมูลสมัยใหม่มาก แต่เราจะกลับมาดูอีกครั้งเร็วๆ นี้

เมื่อเพื่อนร่วมงานในมหาวิทยาลัยของโรเมอร์แสดงความกังวลเกี่ยวกับทฤษฎีของเขา เขาบอกพวกเขาอย่างใจเย็นว่าคราสในวันที่ 9 พฤศจิกายน พ.ศ. 2219 จะเกิดขึ้นในอีก 10 นาทีต่อมา เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น ผู้สงสัยก็ประหลาดใจเพราะเทห์ฟากฟ้ายืนยันทฤษฎีของเขา

เพื่อนร่วมงานของ Roemer ประหลาดใจอย่างมากกับการคำนวณของเขา เนื่องจากแม้กระทั่งทุกวันนี้การประมาณความเร็วแสงของเขาก็ยังถือว่าแม่นยำอย่างน่าประหลาดใจ เมื่อพิจารณาว่ามันถูกสร้างขึ้นเมื่อ 300 ปีก่อนเลเซอร์และอินเทอร์เน็ตจะถูกประดิษฐ์ขึ้น แม้ว่าระยะทาง 80,000 กิโลเมตรจะช้าเกินไป แต่เมื่อคำนึงถึงสภาพของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในขณะนั้นแล้ว ผลลัพธ์ที่ได้ก็น่าประทับใจอย่างแท้จริง ยิ่งกว่านั้น Roemer อาศัยเพียงการคาดเดาของเขาเองเท่านั้น

สิ่งที่น่าแปลกใจยิ่งกว่านั้นคือสาเหตุที่ความเร็วต่ำเกินไปไม่ได้อยู่ในการคำนวณของ Roemer แต่ในความจริงที่ว่าไม่มีข้อมูลที่แม่นยำเกี่ยวกับวงโคจรของโลกและดาวพฤหัสบดีในเวลาที่เขาทำการคำนวณ ซึ่งหมายความว่านักวิทยาศาสตร์ทำผิดพลาดเพียงเพราะนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ไม่ฉลาดเท่าเขา ดังนั้น หากคุณใส่ข้อมูลสมัยใหม่ที่มีอยู่ในการคำนวณดั้งเดิมที่เขาทำ ความเร็วของการคำนวณแสงก็จะถูกต้อง

แม้ว่าการคำนวณจะไม่ถูกต้องทางเทคนิค และเจมส์ แบรดลีย์พบคำจำกัดความที่แม่นยำยิ่งขึ้นของความเร็วแสงในปี 1729 โรเมอร์ก็ลงไปในประวัติศาสตร์ในฐานะบุคคลแรกที่พิสูจน์ว่าสามารถกำหนดความเร็วแสงได้ เขาทำสิ่งนี้โดยสังเกตการเคลื่อนที่ของลูกบอลก๊าซขนาดยักษ์ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 780 ล้านกิโลเมตร

ความเร็วแสงคือระยะทางที่แสงเดินทางต่อหน่วยเวลา ค่านี้ขึ้นอยู่กับสารที่แสงแพร่กระจาย

ในสุญญากาศ ความเร็วแสงคือ 299,792,458 m/s นี่คือความเร็วสูงสุดที่สามารถทำได้ เมื่อแก้ไขปัญหาที่ไม่ต้องการความแม่นยำเป็นพิเศษ ค่านี้จะเท่ากับ 300,000,000 ม./วินาที สันนิษฐานว่ารังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทุกประเภทแพร่กระจายในสุญญากาศด้วยความเร็วแสง: คลื่นวิทยุ, รังสีอินฟราเรด, แสงที่มองเห็น, รังสีอัลตราไวโอเลต, รังสีเอกซ์, รังสีแกมมา มันถูกกำหนดด้วยตัวอักษร กับ .

ความเร็วแสงถูกกำหนดอย่างไร?

ในสมัยโบราณ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าความเร็วแสงนั้นไม่มีที่สิ้นสุด ต่อมาการอภิปรายในประเด็นนี้เริ่มขึ้นในหมู่นักวิทยาศาสตร์ Kepler, Descartes และ Fermat เห็นด้วยกับความคิดเห็นของนักวิทยาศาสตร์โบราณ และกาลิเลโอและฮุกเชื่อว่าแม้ความเร็วแสงจะสูงมาก แต่ก็ยังมีค่าที่จำกัดอยู่

กาลิเลโอ กาลิเลอี

หนึ่งในคนกลุ่มแรกๆ ที่พยายามวัดความเร็วแสงคือนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี กาลิเลโอ กาลิเลอี ในระหว่างการทดลอง เขาและผู้ช่วยอยู่บนเนินเขาคนละแห่ง กาลิเลโอเปิดชัตเตอร์บนตะเกียงของเขา ในขณะที่ผู้ช่วยเห็นแสงนี้ เขาก็ต้องทำแบบเดียวกันกับตะเกียงของเขา เวลาที่แสงเดินทางจากกาลิเลโอไปยังผู้ช่วยและด้านหลังนั้นสั้นมากจนกาลิเลโอตระหนักว่าความเร็วแสงสูงมาก และเป็นไปไม่ได้ที่จะวัดด้วยระยะทางสั้น ๆ เช่นนี้ เนื่องจากแสงเดินทาง เกือบจะในทันที และเวลาที่เขาบันทึกจะแสดงเฉพาะความเร็วของปฏิกิริยาของบุคคลเท่านั้น

ความเร็วแสงถูกกำหนดครั้งแรกในปี 1676 โดยนักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์ก Olaf Roemer โดยใช้ระยะทางทางดาราศาสตร์ ด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์เพื่อสังเกตคราสของดวงจันทร์ Io ของดาวพฤหัส เขาค้นพบว่าในขณะที่โลกเคลื่อนตัวออกห่างจากดาวพฤหัสบดี แต่ละคราสต่อมาจะเกิดขึ้นช้ากว่าที่คำนวณไว้ ความล่าช้าสูงสุดเมื่อโลกเคลื่อนไปยังอีกฟากหนึ่งของดวงอาทิตย์และเคลื่อนออกจากดาวพฤหัสบดีในระยะทางเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของวงโคจรของโลกคือ 22 ชั่วโมง แม้ว่าในเวลานั้นจะไม่ทราบเส้นผ่านศูนย์กลางที่แน่นอนของโลก แต่นักวิทยาศาสตร์ก็หารค่าโดยประมาณของมันด้วย 22 ชั่วโมง และได้ค่าประมาณ 220,000 กิโลเมตรต่อวินาที

โอลาฟ โรเมอร์

ผลลัพธ์ที่ได้รับจาก Roemer ทำให้เกิดความไม่ไว้วางใจในหมู่นักวิทยาศาสตร์ แต่ในปี ค.ศ. 1849 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Armand Hippolyte Louis Fizeau วัดความเร็วแสงโดยใช้วิธีหมุนชัตเตอร์ ในการทดลองของเขา แสงจากแหล่งกำเนิดส่องผ่านระหว่างฟันของล้อที่กำลังหมุนและส่องไปยังกระจกโดยตรง สะท้อนจากเขาเขาก็กลับมา ความเร็วในการหมุนของล้อเพิ่มขึ้น เมื่อถึงค่าที่กำหนด ลำแสงที่สะท้อนจากกระจกก็ถูกเลื่อนออกไปด้วยฟันที่กำลังเคลื่อนที่ และผู้สังเกตการณ์ไม่เห็นอะไรเลยในขณะนั้น

ประสบการณ์ของฟิโซ

ฟิโซคำนวณความเร็วแสงได้ดังนี้ แสงสว่างนั้นไปตามทางของมัน ล จากวงล้อถึงกระจกในเวลาเท่ากัน เสื้อ 1 = 2 ลิตร/ค - เวลาที่ล้อหมุน 1/2 ช่องคือ เสื้อ 2 = T/2N , ที่ไหน ต - ระยะเวลาการหมุนล้อ เอ็น - จำนวนฟัน ความถี่ในการหมุน โวลต์ = 1/T - ช่วงเวลาที่ผู้สังเกตไม่เห็นแสงเกิดขึ้นเมื่อใด เสื้อ 1 = เสื้อ 2 - จากที่นี่เราจะได้สูตรกำหนดความเร็วแสง:

ค = 4LNv

หลังจากทำการคำนวณโดยใช้สูตรนี้แล้ว Fizeau ก็ตัดสินใจว่า กับ = 313,000,000 เมตรต่อวินาที ผลลัพธ์นี้แม่นยำยิ่งขึ้นมาก

อาร์ม็อง ฮิปโปลีต หลุยส์ ฟิโซ

ในปี ค.ศ. 1838 นักฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส โดมินิก ฟรองซัวส์ ฌอง อาราโก เสนอให้ใช้วิธีกระจกหมุนเพื่อคำนวณความเร็วแสง แนวคิดนี้นำไปปฏิบัติโดยนักฟิสิกส์ ช่างกล และนักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ฌอง แบร์นาร์ด ลีออน ฟูโกต์ ซึ่งในปี พ.ศ. 2405 ได้ค่าความเร็วแสง (298,000,000±500,000) เมตร/วินาที

โดมินิก ฟรองซัวส์ ฌอง อาราโก

ในปี พ.ศ. 2434 ผลลัพธ์ของนักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน ไซมอน นิวโคมบ์ ปรากฏว่ามีลำดับความสำคัญที่แม่นยำมากกว่าผลลัพธ์ของฟูโกต์ อันเป็นผลมาจากการคำนวณของเขา กับ = (99,810,000±50,000) ม./วินาที

การวิจัยโดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน อัลเบิร์ต อับราฮัม มิเชลสัน ซึ่งใช้การตั้งค่าที่มีกระจกแปดเหลี่ยมหมุนได้ ทำให้สามารถกำหนดความเร็วแสงได้แม่นยำยิ่งขึ้น ในปี พ.ศ. 2469 นักวิทยาศาสตร์ได้วัดเวลาที่แสงเดินทางเป็นระยะทางระหว่างยอดเขาสองลูกซึ่งเท่ากับ 35.4 กม. และได้ กับ = (299,796,000±4,000) ม./วินาที

การวัดที่แม่นยำที่สุดดำเนินการในปี พ.ศ. 2518 ในปีเดียวกัน ที่ประชุมใหญ่ว่าด้วยน้ำหนักและการวัดแนะนำให้พิจารณาความเร็วแสงเท่ากับ 299,792,458 ± 1.2 เมตร/วินาที

ความเร็วแสงขึ้นอยู่กับอะไร?

ความเร็วแสงในสุญญากาศไม่ได้ขึ้นอยู่กับกรอบอ้างอิงหรือตำแหน่งของผู้สังเกต มันคงที่ เท่ากับ 299,792,458 ± 1.2 เมตร/วินาที แต่ในสื่อโปร่งใสต่างๆ ความเร็วนี้จะต่ำกว่าความเร็วในสุญญากาศ สื่อโปร่งใสใด ๆ มีความหนาแน่นของแสง และยิ่งสูงเท่าไร ความเร็วของแสงก็จะยิ่งช้าลงเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ความเร็วของแสงในอากาศจะสูงกว่าความเร็วของน้ำ และในแก้วแสงบริสุทธิ์จะต่ำกว่าในน้ำ

หากแสงเคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากขึ้น ความเร็วของแสงจะลดลง และหากการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่าไปเป็นตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า ความเร็วก็จะเพิ่มขึ้นในทางตรงกันข้าม สิ่งนี้อธิบายว่าทำไมลำแสงจึงเบนไปที่ขอบเขตการเปลี่ยนแปลงระหว่างสื่อทั้งสอง

การวัดความเร็วแสงของโรเมอร์เป็นหลักฐานที่ค้นพบเมื่อวันที่ 7 ธันวาคม พ.ศ. 2219 ว่าความเร็วแสงมีจำกัด กล่าวคือ แสงไม่ได้เดินทางด้วยความเร็วอนันต์อย่างที่คิดไว้ก่อนหน้านี้ มาดูกันว่าพวกเขาพยายามวัดความเร็วแสงก่อนและหลัง Olaf Roemer อย่างไร

ความเร็วแสง (ค) ไม่ได้วัดในสุญญากาศ มีค่าคงที่ที่แน่นอนในหน่วยมาตรฐาน ตามข้อตกลงระหว่างประเทศในปี พ.ศ. 2526 เมตร หมายถึง ระยะทางที่แสงเดินทางได้ในสุญญากาศในเวลา 1/299,792,458 วินาที ความเร็วแสงคือ 299792458 m/s พอดี นิ้วหมายถึง 2.54 เซนติเมตร ดังนั้น ในหน่วยที่ไม่ใช่หน่วยเมตริก ความเร็วแสงจึงมีค่าที่แน่นอนเช่นกัน คำจำกัดความนี้สมเหตุสมผลเพียงเพราะความเร็วแสงในสุญญากาศคงที่ และความจริงข้อนี้ต้องได้รับการยืนยันจากการทดลอง นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องทดลองหาความเร็วแสงในตัวกลาง เช่น น้ำและอากาศ

จนกระทั่งศตวรรษที่ 17 เชื่อกันว่าแสงเดินทางได้ในทันที สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยการสังเกตจันทรุปราคา ที่ความเร็วจำกัดของแสง ควรมีการหน่วงเวลาระหว่างตำแหน่งของโลกสัมพันธ์กับดวงจันทร์กับตำแหน่งเงาของโลกบนพื้นผิวดวงจันทร์ แต่ไม่พบความล่าช้าดังกล่าว ตอนนี้เรารู้แล้วว่าความเร็วแสงเร็วเกินกว่าจะสังเกตเห็นความล่าช้า

ความเร็วแสงได้รับการคาดเดาและถกเถียงกันมาตั้งแต่สมัยโบราณ แต่มีนักวิทยาศาสตร์เพียงสามคนเท่านั้น (เป็นชาวฝรั่งเศสทั้งหมด) ที่สามารถวัดความเร็วแสงได้โดยใช้วิธีทางโลก นี่เป็นปัญหาที่เก่าและซับซ้อนมาก

อย่างไรก็ตาม ในช่วงศตวรรษที่ผ่านมา นักปรัชญาและนักวิทยาศาสตร์ได้รวบรวมข้อมูลมากมายเกี่ยวกับคุณสมบัติของแสง 300 ปีก่อนคริสตกาล ในสมัยที่ยุคลิดสร้างเรขาคณิตของเขา นักคณิตศาสตร์ชาวกรีกรู้เรื่องแสงมามากแล้ว เป็นที่ทราบกันว่าแสงเดินทางเป็นเส้นตรง และเมื่อสะท้อนจากกระจกระนาบ มุมตกกระทบของลำแสงจะเท่ากับมุมสะท้อน นักวิทยาศาสตร์โบราณตระหนักดีถึงปรากฏการณ์การหักเหของแสง มันอยู่ที่ความจริงที่ว่าแสงที่เคลื่อนที่จากตัวกลางชนิดหนึ่ง เช่น อากาศ ไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นต่างกัน เช่น น้ำ จะถูกหักเหไป

คลอดิอุส ปโตเลมี นักดาราศาสตร์และนักคณิตศาสตร์จากอเล็กซานเดรีย ได้รวบรวมตารางมุมตกกระทบและการหักเหของแสงที่วัดได้ แต่กฎการหักเหของแสงถูกค้นพบในปี ค.ศ. 1621 โดยนักคณิตศาสตร์ชาวดัตช์จากไลเดน วิลเลบรอด สเนลลิอุส ผู้ค้นพบว่าอัตราส่วนของไซน์ของ มุมตกกระทบและมุมการหักเหของแสงจะคงที่สำหรับตัวกลางสองตัวที่มีความหนาแน่นต่างกัน

นักปรัชญาสมัยโบราณหลายคน รวมถึงอริสโตเติลผู้ยิ่งใหญ่และรัฐบุรุษชาวโรมัน ลูเซียส เซเนกา คิดเกี่ยวกับสาเหตุของการปรากฏตัวของรุ้งกินน้ำ อริสโตเติลเชื่อว่าสีต่างๆ ปรากฏขึ้นเนื่องจากการสะท้อนของแสงด้วยหยดน้ำ เซเนกาก็มีความคิดเห็นแบบเดียวกันนี้เช่นกัน โดยเชื่อว่าเมฆซึ่งประกอบด้วยอนุภาคของความชื้นเป็นกระจกชนิดหนึ่ง ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง มนุษย์ตลอดประวัติศาสตร์ของเขาได้แสดงความสนใจในธรรมชาติของแสง ดังที่เห็นได้จากตำนาน ตำนาน ข้อพิพาททางปรัชญา และการสังเกตทางวิทยาศาสตร์ที่มาถึงเรา

เช่นเดียวกับนักวิทยาศาสตร์สมัยโบราณส่วนใหญ่ (ยกเว้น Empedocles) อริสโตเติลเชื่อว่าความเร็วของแสงนั้นไม่มีที่สิ้นสุด มันคงจะน่าแปลกใจถ้าเขาคิดอย่างอื่น ท้ายที่สุดแล้ว ความเร็วอันมหาศาลดังกล่าวไม่สามารถวัดได้ด้วยวิธีการหรือเครื่องมือใดๆ ที่มีอยู่ในขณะนั้น แต่แม้ในเวลาต่อมา นักวิทยาศาสตร์ก็ยังคงคิดและโต้แย้งเกี่ยวกับเรื่องนี้ต่อไป ประมาณ 900 ปีที่แล้ว Avicenna นักวิทยาศาสตร์ชาวอาหรับได้แสดงสมมติฐานว่า แม้ว่าความเร็วแสงจะสูงมาก แต่ก็ต้องเป็นค่าที่จำกัด นี่เป็นความเห็นของ Alhazen นักฟิสิกส์ชาวอาหรับผู้ร่วมสมัยคนหนึ่งของเขาซึ่งเป็นคนแรกที่อธิบายธรรมชาติของพลบค่ำ แน่นอนว่าไม่มีใครมีโอกาสที่จะยืนยันความคิดเห็นของพวกเขาจากการทดลอง

การทดลองของกาลิเลโอ

ข้อพิพาทดังกล่าวอาจดำเนินต่อไปอย่างไม่มีกำหนด เพื่อแก้ไขปัญหานี้ จำเป็นต้องมีประสบการณ์ที่ชัดเจนและหักล้างไม่ได้ คนแรกที่เริ่มต้นเส้นทางนี้คือกาลิเลโอกาลิเลอีชาวอิตาลีผู้โดดเด่นในความเก่งกาจของอัจฉริยะของเขา เขาเสนอให้คนสองคนยืนอยู่บนยอดเขาห่างกันหลายกิโลเมตรจะส่งสัญญาณโดยใช้โคมไฟที่ติดตั้งบานเกล็ด เขาแสดงความคิดนี้ซึ่งต่อมานำไปใช้โดยนักวิทยาศาสตร์ของ Florentine Academy ในงานของเขา "การสนทนาและการพิสูจน์ทางคณิตศาสตร์เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์สองสาขาใหม่ที่เกี่ยวข้องกับกลศาสตร์และการเคลื่อนไหวในท้องถิ่น" (ตีพิมพ์ในไลเดนในปี 1638)

กาลิเลโอมีคู่สนทนาสามคนคุยกัน คนแรก Sagredo ถามว่า: “แต่การเคลื่อนไหวนี้ควรเป็นประเภทใดและความเร็วเท่าใด? เราควรพิจารณาว่าเกิดขึ้นชั่วขณะหรือเกิดขึ้นทันเวลาเหมือนการเคลื่อนไหวอื่น ๆ หรือไม่? ซิมพลิซิโอ ผู้ถอยหลังเข้าคลองตอบทันทีว่า “ประสบการณ์ในชีวิตประจำวันแสดงให้เห็นว่าแสงจากเปลวไฟปืนประทับอยู่ในดวงตาของเราโดยไม่เสียเวลาแต่อย่างใด ตรงกันข้ามกับเสียงที่มาถึงหูหลังจากผ่านไประยะหนึ่ง” ซาเกรโดคัดค้านสิ่งนี้ด้วยเหตุผลที่ดี: “จากประสบการณ์ที่รู้จักกันดีนี้ ฉันไม่สามารถสรุปเป็นอย่างอื่นได้นอกจากเสียงนั้นจะมาถึงหูของเราในช่วงเวลาที่ยาวกว่าแสง”

ซัลเวียตีเข้าแทรกแซง (แสดงความคิดเห็นของกาลิเลโอ): “หลักฐานเล็กๆ น้อยๆ ของข้อสังเกตเหล่านี้และข้อสังเกตอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกันทำให้ฉันต้องคิดหาวิธีบางอย่างเพื่อให้แน่ใจว่าแสงสว่างนั้น เช่น การแพร่กระจายของแสงเกิดขึ้นทันทีทันใดอย่างแท้จริง การทดลองที่ฉันคิดขึ้นมามีดังนี้ คนสองคนต่างถือไฟ ล้อมรอบด้วยตะเกียงหรือสิ่งอื่นที่คล้ายกัน ซึ่งสามารถเปิดและปิดได้ด้วยการขยับมือเมื่อมองเห็นเพื่อนร่วมทางเต็มตา ยืนประจันหน้ากัน “ในระยะหลายศอก ผู้เข้าร่วมเริ่มฝึกปิดและเปิดไฟต่อหน้าเพื่อนของตนจนเห็นแสงสว่างของอีกฝ่ายหนึ่ง เขาก็เปิดไฟของตนเองทันที.. ฉันจัดการสร้างมันขึ้นมาได้ในระยะทางสั้นๆ เท่านั้น - น้อยกว่าหนึ่งไมล์ - ซึ่งเป็นสาเหตุที่ฉันไม่แน่ใจว่าการปรากฏตัวของแสงตรงข้ามนั้นเกิดขึ้นอย่างกะทันหันจริงๆ หรือไม่ แต่ถ้ามันไม่เกิดขึ้นกะทันหันไม่ว่าในกรณีใดก็ต้องใช้ความเร็วสูงสุด”

แน่นอนว่าวิธีการที่กาลิเลโอหาได้ในขณะนั้นไม่อนุญาตให้ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขอย่างง่ายดาย และเขาก็ตระหนักดีถึงเรื่องนี้ การอภิปรายยังคงดำเนินต่อไป โรเบิร์ต บอยล์ นักวิทยาศาสตร์ชาวไอริชผู้มีชื่อเสียงซึ่งให้คำจำกัดความที่ถูกต้องขององค์ประกอบทางเคมีเป็นครั้งแรก เชื่อว่าความเร็วแสงมีจำกัด และโรเบิร์ต ฮุค อัจฉริยะอีกคนในศตวรรษที่ 17 เชื่อว่าความเร็วแสงเร็วเกินกว่าจะกำหนดได้จากการทดลอง . ในทางกลับกัน นักดาราศาสตร์ โยฮันเนส เคปเลอร์ และนักคณิตศาสตร์ เรอเน เดการ์ต ได้ยึดถือมุมมองของอริสโตเติล

โรเมอร์และบริวารของดาวพฤหัสบดี

การเจาะกำแพงนี้ครั้งแรกเกิดขึ้นในปี 1676 เรื่องนี้เกิดขึ้นโดยบังเอิญในระดับหนึ่ง ปัญหาทางทฤษฎีดังที่เคยเกิดขึ้นมากกว่าหนึ่งครั้งในประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ได้รับการแก้ไขในการปฏิบัติงานจริงอย่างแท้จริง ความต้องการในการขยายการค้าและความสำคัญที่เพิ่มขึ้นของการเดินเรือทำให้ French Academy of Sciences เริ่มปรับปรุงแผนที่ทางภูมิศาสตร์ ซึ่งโดยเฉพาะอย่างยิ่ง จำเป็นต้องมีวิธีที่เชื่อถือได้มากขึ้นในการกำหนดลองจิจูดทางภูมิศาสตร์ ลองจิจูดถูกกำหนดด้วยวิธีที่ค่อนข้างง่าย - โดยความแตกต่างของเวลา ณ จุดต่าง ๆ สองจุดบนโลก แต่ในเวลานั้นพวกเขายังไม่รู้วิธีสร้างนาฬิกาที่แม่นยำเพียงพอ นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอให้ใช้ปรากฏการณ์ท้องฟ้าที่สังเกตได้ทุกวันในเวลาเดียวกันเพื่อกำหนดเวลาและเวลาบนเรือของปารีส จากปรากฏการณ์นี้ นักเดินเรือหรือนักภูมิศาสตร์สามารถตั้งนาฬิกาและค้นหาเวลาในปารีสได้ ปรากฏการณ์ดังกล่าวซึ่งมองเห็นได้จากทุกที่ในทะเลหรือบนบก คือคราสของหนึ่งในสี่ดวงจันทร์ใหญ่ของดาวพฤหัส ซึ่งค้นพบโดยกาลิเลโอในปี 1609

ในบรรดานักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานเกี่ยวกับประเด็นนี้คือโอเล โรเมอร์ นักดาราศาสตร์หนุ่มชาวเดนมาร์ก ซึ่งเมื่อสี่ปีก่อนได้รับเชิญจากนักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ฌอง ปิการ์ด ให้ทำงานในหอดูดาวแห่งใหม่ในกรุงปารีส

เช่นเดียวกับนักดาราศาสตร์คนอื่นๆ ในยุคนั้น โรเมอร์รู้ว่าช่วงเวลาระหว่างคราสสองดวงของดวงจันทร์ที่ใกล้ที่สุดของดาวพฤหัสนั้นแปรผันตลอดทั้งปี การสังเกตจากจุดเดียวกัน ห่างกัน 6 เดือน ให้ผลต่างสูงสุด 1,320 วินาที 1,320 วินาทีนี้เป็นปริศนาสำหรับนักดาราศาสตร์ และไม่มีใครสามารถหาคำอธิบายที่น่าพอใจได้ ดูเหมือนจะมีความสัมพันธ์บางอย่างระหว่างคาบการโคจรของดาวเทียมกับตำแหน่งของโลกในวงโคจรที่สัมพันธ์กับดาวพฤหัสบดี ดังนั้นโรเมอร์เมื่อตรวจสอบการสังเกตและการคำนวณทั้งหมดนี้อย่างละเอียดแล้วก็สามารถไขปริศนาได้โดยไม่คาดคิด

โรเมอร์สันนิษฐานว่า 1,320 วินาที (หรือ 22 นาที) เป็นเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางจากตำแหน่งของโลกใกล้กับดาวพฤหัสบดีมากที่สุดในวงโคจรไปยังตำแหน่งที่ไกลจากดาวพฤหัสบดีมากที่สุด ซึ่งโลกสิ้นสุดลงหลังจากหกเดือน กล่าวอีกนัยหนึ่ง ระยะทางเพิ่มเติมที่แสงเดินทางซึ่งสะท้อนจากดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดีจะเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของวงโคจรของโลก (รูปที่ 1)

ข้าว. 1.แผนการให้เหตุผลของโรเมอร์
คาบการโคจรของดาวเทียมที่อยู่ใกล้ดาวพฤหัสบดีมากที่สุดคือประมาณ 42.5 ชั่วโมง ดังนั้นดาวเทียมจึงต้องถูกบดบังโดยดาวพฤหัสบดี (หรือออกจากแถบคราส) ทุกๆ 42.5 ชั่วโมง แต่ตลอดระยะเวลาหกเดือน เมื่อโลกเคลื่อนตัวออกจากดาวพฤหัส มีการสังเกตสุริยุปราคาในแต่ละครั้งโดยมีความล่าช้ามากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเทียบกับวันที่คาดการณ์ไว้ โรเมอร์ได้ข้อสรุปว่าแสงไม่ได้เดินทางในทันที แต่มีความเร็วจำกัด ดังนั้นจึงต้องใช้เวลามากขึ้นเรื่อยๆ ในการไปถึงโลกในขณะที่มันเคลื่อนที่ในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์และเคลื่อนตัวออกห่างจากดาวพฤหัสบดี

ในสมัยโรเมอร์ เชื่อกันว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของวงโคจรโลกอยู่ที่ประมาณ 292,000,000 กิโลเมตร (182,000,000 ไมล์) โรเมอร์หารระยะทางนี้ด้วย 1,320 วินาที และพบว่าความเร็วแสงเท่ากับ 138,000 ไมล์ (222,000 กม.) ต่อวินาที

เมื่อมองแวบแรกอาจดูเหมือนว่าการได้รับผลลัพธ์เชิงตัวเลขที่มีข้อผิดพลาดดังกล่าว (เกือบ 80,000 กม. ต่อวินาที) ไม่ใช่ความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ แต่ลองคิดถึงสิ่งที่ Roemer ประสบความสำเร็จ นับเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติที่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าการเคลื่อนไหวซึ่งถือว่ารวดเร็วอย่างไม่มีขอบเขตนั้นสามารถเข้าถึงความรู้และการวัดผลได้

ยิ่งไปกว่านั้น ในการทดลองครั้งแรก Roemer ได้รับค่าของลำดับที่ถูกต้อง หากเราคำนึงว่านักวิทยาศาสตร์ยังคงพยายามทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางของวงโคจรของโลกชัดเจนขึ้นและระยะเวลาของการเกิดสุริยุปราคาของดาวเทียมของดาวพฤหัส ข้อผิดพลาดของโรเมอร์จะไม่เป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจ ตอนนี้เรารู้แล้วว่าความล่าช้าสูงสุดของสุริยุปราคาดาวเทียมไม่ใช่ 22 นาทีอย่างที่โรเมอร์คิด แต่ประมาณ 16 นาที 36 วินาที และเส้นผ่านศูนย์กลางของวงโคจรของโลกอยู่ที่ประมาณไม่ใช่ 292,000,000 กม. แต่ 300,000,000 กม. หากทำการแก้ไขเหล่านี้กับการคำนวณของ Roemer ปรากฎว่าความเร็วแสงคือ 300,000 กม. ต่อวินาที และผลลัพธ์นี้ใกล้เคียงกับตัวเลขที่แม่นยำที่สุดที่นักวิทยาศาสตร์ในยุคของเราได้รับ

ข้อกำหนดหลักสำหรับสมมติฐานที่ดีคือ สามารถใช้ในการทำนายที่ถูกต้องได้ จากการคำนวณความเร็วแสง โรเมอร์สามารถทำนายสุริยุปราคาบางดวงล่วงหน้าได้หลายเดือนอย่างแม่นยำ ตัวอย่างเช่น ในเดือนกันยายน ค.ศ. 1676 เขาทำนายว่าในเดือนพฤศจิกายน ดาวเทียมของดาวพฤหัสบดีจะปรากฏช้าไปประมาณสิบนาที ดาวเทียมดวงเล็กๆ ไม่ได้ทำให้โรเมอร์ผิดหวังและปรากฏตัวในเวลาที่คาดการณ์ไว้ด้วยความแม่นยำเพียงหนึ่งวินาที แต่นักปรัชญาชาวปารีสไม่มั่นใจแม้แต่กับการยืนยันทฤษฎีของโรเมอร์ก็ตาม อย่างไรก็ตาม ไอแซก นิวตันและนักดาราศาสตร์และนักฟิสิกส์ชาวดัตช์ผู้ยิ่งใหญ่ คริสเชียน ไฮเกนส์ ออกมาสนับสนุนชาวเดนมาร์ก และต่อมาในเดือนมกราคม ค.ศ. 1729 นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ เจมส์ แบรดลีย์ ได้ข้อสรุปเช่นเดียวกับโรเมอร์ด้วยวิธีที่แตกต่างออกไปเล็กน้อย ไม่มีที่ว่างให้สงสัย โรเมอร์ยุติความเชื่อที่มีอยู่ในหมู่นักวิทยาศาสตร์ที่ว่าแสงเดินทางได้ทันทีโดยไม่คำนึงถึงระยะทาง

โรเมอร์พิสูจน์ให้เห็นว่าแม้ความเร็วแสงจะสูงมาก แต่ก็มีขอบเขตจำกัดและสามารถวัดได้ อย่างไรก็ตาม ขณะแสดงความเคารพต่อความสำเร็จของ Roemer นักวิทยาศาสตร์บางคนยังคงไม่พอใจอย่างสมบูรณ์ การวัดความเร็วแสงโดยใช้วิธีการของเขานั้นอาศัยการสังเกตทางดาราศาสตร์และใช้เวลานาน พวกเขาต้องการดำเนินการวัดในห้องปฏิบัติการโดยใช้วิธีทางโลกล้วนๆ โดยไม่ไปเกินขอบเขตของโลกของเรา เพื่อให้เงื่อนไขการทดลองทั้งหมดอยู่ภายใต้การควบคุม Marin Marsenne นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ผู้ร่วมสมัยและเป็นเพื่อนของ Descartes สามารถวัดความเร็วของเสียงได้เมื่อสามสิบห้าปีที่แล้ว ทำไมเราไม่สามารถทำเช่นเดียวกันกับแสงได้?

มิติที่ 1 ด้วยวิธีทางโลก

อย่างไรก็ตาม การแก้ปัญหานี้ต้องรอเกือบสองศตวรรษ ในปี ค.ศ. 1849 Armand Hippolyte Louis Fizeau นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสได้ค้นพบวิธีการที่ค่อนข้างง่าย ในรูป รูปที่ 2 แสดงแผนภาพการติดตั้งแบบง่าย ฟิโซส่งลำแสงจากแหล่งกำเนิดเข้าไปในกระจก ในแล้วลำแสงนี้ก็สะท้อนไปที่กระจก ก- กระจกบานหนึ่งได้รับการติดตั้งที่ซูเรสเนส ในบ้านของบาทหลวงฟิโซ และอีกกระจกหนึ่งติดตั้งที่มงต์มาตร์ในปารีส ระยะห่างระหว่างกระจกประมาณ 8.66 กม. ระหว่างกระจก กและ ในมีการวางเกียร์ที่สามารถหมุนได้ด้วยความเร็วที่กำหนด (หลักการแฟลช) ฟันของวงล้อที่กำลังหมุนไปขัดขวางลำแสง ทำให้มันแตกเป็นจังหวะ ด้วยวิธีนี้จึงส่งแสงวาบสั้น ๆ ต่อเนื่องกัน

ข้าว. 2.การติดตั้งไฟโซ
174 ปีหลังจากที่โรเมอร์คำนวณความเร็วแสงจากการสังเกตการณ์สุริยุปราคาบนดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี Fizeau ได้สร้างอุปกรณ์สำหรับวัดความเร็วแสงภายใต้สภาพพื้นดิน เกียร์ คทำให้ลำแสงแตกออกเป็นแสงวาบ ฟิโซวัดเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางจากระยะทางนั้น คไปที่กระจก กไปกลับ เท่ากับ 17.32 กม. จุดอ่อนของวิธีนี้คือช่วงเวลาที่มีความสว่างมากที่สุดของแสงถูกกำหนดโดยผู้สังเกตด้วยตา การสังเกตเชิงอัตนัยดังกล่าวยังไม่ถูกต้องเพียงพอ

เมื่อเกียร์อยู่กับที่และอยู่ในตำแหน่งเดิม ผู้สังเกตการณ์สามารถมองเห็นแสงจากแหล่งกำเนิดผ่านช่องว่างระหว่างฟันทั้งสองซี่ ทันใดนั้น วงล้อก็เคลื่อนไปด้วยความเร็วเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ทันใดนั้น ก็มีจังหวะแสงลอดผ่านช่องว่างระหว่างซี่ฟันกลับมาสะท้อนจากกระจก กและถูกฟันล่าช้า ในกรณีนี้ ผู้สังเกตการณ์ไม่เห็นอะไรเลย เมื่อเกียร์หมุนต่อไป แสงก็ปรากฏขึ้นอีกครั้ง สว่างขึ้น และในที่สุดก็ถึงความเข้มสูงสุด อุปกรณ์ที่ฟิโซใช้มีฟัน 720 ซี่ และแสงมีความเข้มสูงสุดที่ 25 รอบต่อวินาที จากข้อมูลเหล่านี้ Fizeau คำนวณความเร็วแสงได้ดังนี้ แสงเดินทางตามระยะห่างระหว่างกระจกและด้านหลังในช่วงเวลาที่ล้อหมุนจากช่องว่างระหว่างซี่ฟันไปยังอีกช่องว่างหนึ่ง กล่าวคือ สำหรับ 1/25? 1/720 ซึ่งเท่ากับ 1/18000 วินาที ระยะทางที่เคลื่อนที่ได้เท่ากับสองเท่าของระยะห่างระหว่างกระจก กล่าวคือ 17.32 กม. ดังนั้นความเร็วแสงคือ 17.32 · 18,000 หรือประมาณ 312,000 กิโลเมตรต่อวินาที

พัฒนาการของฟูโกต์

เมื่อ Fizeau ประกาศผลการวัดของเขา นักวิทยาศาสตร์สงสัยในความน่าเชื่อถือของร่างมหึมานี้ เนื่องจากแสงมาถึงโลกจากดวงอาทิตย์ในเวลา 8 นาที และสามารถโคจรรอบโลกได้ในเวลาแปดวินาที ดูเหมือนเหลือเชื่อที่มนุษย์สามารถวัดความเร็วอันมหาศาลเช่นนี้ด้วยเครื่องมือดึกดำบรรพ์เช่นนี้ แสงเดินทางระหว่างกระจก Fizeau มากกว่า 8 กิโลเมตรในเวลา 1/36000 วินาที? เป็นไปไม่ได้ หลายคนบอก อย่างไรก็ตาม ตัวเลขที่ฟิโซได้รับนั้นใกล้เคียงกับผลลัพธ์ของโรเมอร์มาก นี่แทบจะไม่ใช่เรื่องบังเอิญเลย

สิบสามปีต่อมา ในขณะที่ผู้คลางแคลงใจยังคงสงสัยและแสดงความเห็นเชิงประชดประชัน ฌอง เบอร์นาร์ด ลีออน ฟูโกต์ ลูกชายของผู้จัดพิมพ์ชาวปารีสและครั้งหนึ่งกำลังเตรียมตัวเป็นแพทย์ ได้กำหนดความเร็วแสงด้วยวิธีที่แตกต่างออกไปเล็กน้อย เขาทำงานร่วมกับ Fizeau มาหลายปีและคิดอย่างมากว่าจะปรับปรุงประสบการณ์ของเขาอย่างไร ฟูโกต์ใช้กระจกหมุนแทนการใช้ล้อเฟือง

ข้าว. 3.การติดตั้งของ Foucault
หลังจากการปรับปรุงบางอย่าง Michelson ก็ใช้อุปกรณ์นี้เพื่อกำหนดความเร็วแสง ในอุปกรณ์นี้ ล้อเฟือง (ดูรูปที่ 2) จะถูกแทนที่ด้วยกระจกแบนที่หมุนได้ ค- ถ้าเป็นกระจก คหากไม่เคลื่อนไหวหรือหมุนช้ามาก แสงจะสะท้อนบนกระจกโปร่งแสง บีในทิศทางที่ระบุด้วยเส้นทึบ เมื่อกระจกหมุนอย่างรวดเร็ว ลำแสงสะท้อนจะเคลื่อนไปยังตำแหน่งที่ระบุด้วยเส้นประ เมื่อมองผ่านช่องมองภาพ ผู้สังเกตการณ์สามารถวัดการกระจัดของลำแสงได้ การวัดนี้ทำให้เขามีมุมเป็นสองเท่า? เช่น มุมการหมุนของกระจกในช่วงเวลาที่มีแสงส่องเข้ามา คไปจนถึงกระจกเว้า กและกลับไปที่ ค- รู้ความเร็วการหมุนของกระจก ค, ระยะห่างจาก กก่อน คและมุมการหมุนกระจก คในช่วงเวลานี้ สามารถคำนวณความเร็วแสงได้

ฟูโกต์มีชื่อเสียงในฐานะนักวิจัยที่มีพรสวรรค์ ในปี ค.ศ. 1855 เขาได้รับรางวัล Copley Medal จาก Royal Society of England จากการทดลองลูกตุ้ม ซึ่งเป็นหลักฐานยืนยันการหมุนของโลกบนแกนของมัน นอกจากนี้เขายังสร้างไจโรสโคปตัวแรกที่เหมาะสำหรับการใช้งานจริง การเปลี่ยนล้อเฟืองด้วยกระจกหมุนได้ในการทดลองของ Fizeau (แนวคิดนี้เสนอย้อนกลับไปในปี 1842 โดย Dominico Arago แต่ไม่ได้นำมาใช้) ทำให้สามารถย่นเส้นทางที่เดินทางด้วยลำแสงจากระยะการหมุนมากกว่า 8 กิโลเมตรเหลือเพียง 20 เมตร กระจกเงา (รูปที่ 3) เบี่ยงเบนลำแสงกลับเป็นมุมเล็กน้อยซึ่งทำให้สามารถดำเนินการวัดที่จำเป็นเพื่อคำนวณความเร็วของแสงได้ ผลลัพธ์ที่ฟูโกต์ได้รับคือ 298,000 กม./วินาที กล่าวคือ น้อยกว่ามูลค่าที่ Fizeau ได้รับประมาณ 17,000 กม. (ในการทดลองอื่น ฟูโกต์วางท่อน้ำไว้ระหว่างกระจกสะท้อนและกระจกหมุนเพื่อกำหนดความเร็วแสงในน้ำ ปรากฎว่าความเร็วแสงในอากาศมากกว่า)

สิบปีต่อมา Marie Alfred Cornu ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ทดลองที่ École Polytechnique Supérieure ในปารีส กลับมาที่ล้อเฟืองอีกครั้ง แต่มีฟันถึง 200 ซี่แล้ว ผลลัพธ์ของ Cornu ใกล้เคียงกับครั้งก่อน เขาได้ตัวเลข 300,000 กม. ต่อวินาที กรณีนี้เกิดขึ้นในปี 1872 เมื่อมิเชลสัน นักเรียนปีสุดท้ายที่โรงเรียนนายเรือในแอนนาโพลิส ถูกขอให้สอบเกี่ยวกับทัศนศาสตร์เพื่อพูดคุยเกี่ยวกับอุปกรณ์ของฟูโกต์ในการวัดความเร็วแสง ไม่เคยเกิดขึ้นกับใครเลยในตำราฟิสิกส์ที่นักเรียนรุ่นต่อๆ ไปศึกษา มิเชลสันจะได้รับพื้นที่มากกว่าฟิโซหรือฟูโกต์มาก

ในฤดูใบไม้ผลิของปี พ.ศ. 2422 หนังสือพิมพ์เดอะนิวยอร์กไทมส์รายงานว่า “ดาวดวงใหม่อันสุกใสได้ปรากฏบนขอบฟ้าทางวิทยาศาสตร์ของอเมริกา ร้อยโทรุ่นน้องในการให้บริการกองทัพเรือ สำเร็จการศึกษาจากโรงเรียนนายเรือที่แอนนาโพลิส อัลเบิร์ต เอ. มิเชลสัน ซึ่งอายุยังไม่ถึงยี่สิบเจ็ดปี ประสบความสำเร็จอย่างโดดเด่นในด้านทัศนศาสตร์ เขาวัดความเร็วแสง” ในบทบรรณาธิการชื่อ “วิทยาศาสตร์เพื่อประชาชน” Daily Tribune เขียนว่า “หนังสือพิมพ์ท้องถิ่นของเวอร์จิเนียซิตี้ ซึ่งเป็นเมืองเหมืองแร่ในเนวาดาอันห่างไกล รายงานอย่างภาคภูมิใจว่า “ร้อยโทอัลเบิร์ต เอ. มิเชลสัน บุตรชายของซามูเอล มิเชลสัน ร้านขายของแห้ง เจ้าของเมืองของเรา ดึงดูดความสนใจของคนทั้งประเทศด้วยความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์อันน่าทึ่ง เขาวัดความเร็วแสง"

ฟิลิป กิ๊บส์ , 1997

หากคุณพบข้อผิดพลาด โปรดเน้นข้อความและคลิก Ctrl+ป้อน.

ยอดวิว: 162