Işığın hızı nasıl bulunur? Okul ansiklopedisi. Işık hızını ölçmenin son akoru

Işığın boşluktaki hızı “saniyede tam olarak 299.792.458 metredir.” Bugün bu rakamı doğru bir şekilde adlandırabiliriz çünkü ışığın boşluktaki hızı, lazer kullanılarak ölçülen evrensel bir sabittir.

Bu aracı bir deneyde kullanmaya gelince, sonuçlarla tartışmak zordur. Işık hızının neden böyle bir tam sayı ile ölçüldüğüne gelince, bu şaşırtıcı değil: Bir metrenin uzunluğu şu sabit kullanılarak belirlenir: “Işığın boşlukta 1 zaman aralığında kat ettiği yolun uzunluğu /299.792.458 saniye.”

Birkaç yüz yıl önce, ışık hızının sınırının olmadığı düşünülüyordu ya da en azından varsayılmıştı, oysa ışık hızı aslında çok yüksekti. Cevap, Justin Bieber'ın kız arkadaşı olup olmayacağını belirleyecek olsaydı, modern bir genç bu soruyu şu şekilde yanıtlardı: "Işık hızı, evrendeki en hızlı şeyden biraz daha yavaştır."

Işık hızının sonsuzluğu sorusunu ilk ele alan kişi, MÖ 5. yüzyılda filozof Empedokles'ti. Bir yüzyıl sonra Aristoteles, Empedokles'in ifadesine karşı çıkacak ve tartışma 2000 yıldan fazla sürecekti.

Hollandalı bilim adamı Issac Backman, 1629'da ışığın herhangi bir hızı olup olmadığını test etmek için gerçek bir deney yapan bilinen ilk bilim adamıydı. Lazerin icadından çok uzak bir yüzyılda yaşayan Backman, deneyin temelinin herhangi bir kaynaktan patlama olması gerektiğini fark etti ve deneylerinde patlayıcı barut kullandı.

Backman, patlamadan farklı uzaklıklara aynalar yerleştirdi ve daha sonra izleyen insanlara, aynaların her birinde yansıyan ışık parıltısının algılanmasında bir farklılık görüp görmediklerini sordu. Tahmin edebileceğiniz gibi deney "sonuçsuz" kaldı. Benzer, daha ünlü bir deney, ancak patlama kullanılmadan, yalnızca on yıl sonra, 1638'de Galileo Galilei tarafından gerçekleştirilmiş veya en azından icat edilmiş olabilir. Galileo da Backman gibi ışık hızının sonsuz olmadığından şüphelenmiş ve bazı eserlerinde deneyin devamına ancak fenerlerin katılımıyla değinilmiştir. Deneyinde (eğer yaptıysa!) birbirinden bir mil uzakta iki ışık yerleştirdi ve bir gecikme olup olmadığını görmeye çalıştı. Deneyin sonucu da sonuçsuz kaldı. Galileo'nun önerebildiği tek şey, eğer ışık sonsuz değilse çok hızlıydı ve bu kadar küçük ölçekte yapılan deneyler başarısızlığa mahkumdu.

Bu, Danimarkalı gökbilimci Olaf Roemer ışık hızıyla ilgili ciddi deneylere başlayana kadar devam etti. Galileo'nun fener tepesi deneyleri, Roemer'in deneyleriyle karşılaştırıldığında bir lise bilim projesine benziyordu. Deneyin uzayda yapılması gerektiğine karar verdi. Böylece dikkatini gezegenleri gözlemlemeye yoğunlaştırdı ve yenilikçi görüşlerini 22 Ağustos 1676'da sundu.

Roemer, özellikle Jüpiter'in uydularından birini incelerken, tutulmalar arasındaki sürenin yıl boyunca değiştiğini fark etti (Jüpiter'in Dünya'ya doğru mu yoksa Dünya'dan uzağa mı hareket ettiğine bağlı olarak). Bununla ilgilenen Roemer, gözlemlediği ay Io'nun görüş alanına girdiği zamanları dikkatle not etti ve bu zamanları normalde beklendiği zamanlarla karşılaştırdı. Bir süre sonra Roemer, Dünya Güneş'in etrafında dönerken Jüpiter'den uzaklaştıkça, Io'nun görüş alanına girdiği zamanın daha önce kayıtlarda belirtilen zamanın çok daha gerisinde kalacağını fark etti. Roemer (doğru bir şekilde), bunun, mesafe arttıkça ışığın Dünya'dan Jüpiter'e olan mesafeyi kat etmesinin daha uzun sürmesi nedeniyle olduğunu teorileştirdi.

Ne yazık ki hesaplamaları 1728 Kopenhag yangınında kayboldu, ancak onun keşfi hakkında çağdaşlarının hikayelerinden ve Roemer'in hesaplamalarını çalışmalarında kullanan diğer bilim adamlarının raporlarından büyük miktarda bilgiye sahibiz. Bunların özü, Roemer'in, Dünya'nın çapı ve Jüpiter'in yörüngesi ile ilgili birçok hesaplama sonucunda, ışığın, Dünya'nın Güneş etrafındaki yörüngesinin çapına eşit bir mesafeyi kat etmesinin yaklaşık 22 dakika süreceği sonucuna varabilmesidir. Christiaan Huygens daha sonra bu hesaplamaları daha anlaşılır rakamlara dönüştürerek Roemer'in ışığın saniyede yaklaşık 220.000 kilometre yol kat ettiğini tahmin ettiğini gösteriyor. Bu rakam hâlâ modern verilerden çok farklı ama bunlara kısa süre içinde döneceğiz.

Roemer'in üniversitedeki meslektaşları teorisiyle ilgili endişelerini dile getirdiğinde, Roemer onlara sakin bir şekilde 9 Kasım 1676'daki tutulmanın 10 dakika sonra gerçekleşeceğini söyledi. Bu olduğunda şüpheciler hayrete düştü çünkü gök cismi onun teorisini doğruladı.

Roemer'in meslektaşları onun hesaplamaları karşısında son derece hayrete düşmüşlerdi; çünkü lazerlerin ve İnternet'in icat edilmesinden 300 yıl önce yapıldığı göz önüne alındığında, ışık hızına ilişkin tahmini bugün bile şaşırtıcı derecede doğru kabul ediliyor. Her ne kadar o zamanki bilim ve teknoloji durumu dikkate alındığında 80.000 kilometre çok yavaş olsa da ortaya çıkan sonuç gerçekten etkileyici. Üstelik Roemer yalnızca kendi tahminlerine güveniyordu.

Daha da şaşırtıcı olanı, hızın çok düşük olmasının nedeni Roemer'in hesaplamalarında değil, hesaplamaları yaptığı sırada Dünya ve Jüpiter'in yörüngeleri hakkında doğru verilerin bulunmamasından kaynaklanıyordu. Bu, bilim adamının yalnızca diğer bilim adamlarının kendisi kadar akıllı olmadığı için hata yaptığı anlamına gelir. Yani mevcut modern verileri onun yaptığı orijinal hesaplamalara koyarsanız ışık hızı hesaplamaları doğrudur.

Hesaplamalar teknik olarak hatalı olmasına ve James Bradley'nin 1729'da ışık hızının daha doğru bir tanımını bulmasına rağmen Roemer, ışık hızının belirlenebileceğini kanıtlayan ilk kişi olarak tarihe geçti. Bunu, Dünya'dan yaklaşık 780 milyon kilometre uzakta bulunan dev bir gaz topunun hareketini gözlemleyerek yaptı.

Işık hızı, ışığın birim zamanda kat ettiği mesafedir. Bu değer ışığın yayıldığı maddeye bağlıdır.

Boşlukta ışığın hızı 299.792.458 m/s'dir. Bu, ulaşılabilecek en yüksek hızdır. Özel doğruluk gerektirmeyen problemlerin çözümünde bu değer 300.000.000 m/s olarak alınır. Her türlü elektromanyetik radyasyonun boşlukta ışık hızında yayıldığı varsayılmaktadır: radyo dalgaları, kızılötesi radyasyon, görünür ışık, ultraviyole radyasyon, x-ışınları, gama radyasyonu. Bir harfle belirtilir İle .

Işığın hızı nasıl belirlendi?

Antik çağda bilim adamları ışığın hızının sonsuz olduğuna inanıyorlardı. Daha sonra bilim adamları arasında bu konu üzerinde tartışmalar başladı. Kepler, Descartes ve Fermat eski bilim adamlarının görüşlerine katılıyorlardı. Galileo ve Hooke, ışığın hızı çok yüksek olmasına rağmen yine de sınırlı bir değere sahip olduğuna inanıyorlardı.

Galileo Galilei

Işık hızını ölçmeye çalışan ilk kişilerden biri İtalyan bilim adamı Galileo Galilei'ydi. Deney sırasında kendisi ve asistanı farklı tepelerdeydi. Galileo fenerinin kapağını açtı. Asistan bu ışığı gördüğü anda aynı işlemleri feneriyle yapmak zorunda kaldı. Işığın Galileo'dan asistana gidip geri dönmesi için geçen süre o kadar kısa çıktı ki Galileo, ışığın hızının çok yüksek olduğunu ve ışık çok hızlı ilerlediği için bu kadar kısa bir mesafede bunu ölçmenin imkansız olduğunu fark etti. Neredeyse anında. Ve kaydettiği süre yalnızca kişinin tepkisinin hızını gösteriyor.

Işığın hızı ilk kez 1676 yılında Danimarkalı gökbilimci Olaf Roemer tarafından astronomik mesafeler kullanılarak belirlendi. Jüpiter'in uydusu Io'nun tutulmasını gözlemlemek için bir teleskop kullanarak, Dünya Jüpiter'den uzaklaştıkça sonraki her tutulmanın hesaplanandan daha geç gerçekleştiğini keşfetti. Dünya'nın Güneş'in diğer tarafına geçip Jüpiter'den Dünya yörüngesinin çapına eşit bir mesafede uzaklaşması sırasındaki maksimum gecikme 22 saattir. O dönemde Dünya'nın tam çapı bilinmemekle birlikte bilim adamı, yaklaşık değerini 22 saate bölerek yaklaşık 220.000 km/s değerini elde etti.

Olaf Roemer

Roemer'in elde ettiği sonuç bilim adamları arasında güvensizliğe neden oldu. Ancak 1849'da Fransız fizikçi Armand Hippolyte Louis Fizeau, dönen deklanşör yöntemini kullanarak ışığın hızını ölçtü. Deneyinde, bir kaynaktan gelen ışık, dönen bir tekerleğin dişleri arasından geçerek bir aynaya yönlendirildi. Ondan yansıyarak geri döndü. Tekerleğin dönüş hızı arttı. Belli bir değere ulaştığında aynadan yansıyan ışın, hareket eden bir diş tarafından geciktirildi ve gözlemci o anda hiçbir şey görmedi.

Fizeau'nun deneyimi

Fizeau ışığın hızını şu şekilde hesapladı. Işık yoluna gidiyor L direksiyondan aynaya eşit bir sürede t 1 = 2L/yıl . Bir tekerleğin bir yuvanın ½'sini döndürmesi için gereken süre t2 = T/2N , Nerede T - tekerleğin dönme süresi, N - diş sayısı. Dönme frekansı v = 1/T . Gözlemcinin ışığı görmediği an şu anda meydana gelir: t1 = t2 . Buradan ışığın hızını belirleme formülünü elde ederiz:

c = 4LNv

Bu formülü kullanarak hesaplamalar yapan Fizeau şunu belirledi: İle = 313.000.000 m/sn. Bu sonuç çok daha doğruydu.

Armand Hippolyte Louis Fizeau

1838'de Fransız fizikçi ve gökbilimci Dominique François Jean Arago, ışığın hızını hesaplamak için dönen ayna yöntemini kullanmayı önerdi. Bu fikir, 1862 yılında ışık hızının (298.000.000±500.000) m/s değerini elde eden Fransız fizikçi, mekanikçi ve astronom Jean Bernard Leon Foucault tarafından hayata geçirildi.

Dominique François Jean Arago

1891'de Amerikalı gökbilimci Simon Newcomb'un sonucunun Foucault'nun sonucundan çok daha doğru olduğu ortaya çıktı. Yaptığı hesaplamalar sonucunda İle = (99.810.000±50.000) m/sn.

Dönen sekizgen aynalı bir düzenek kullanan Amerikalı fizikçi Albert Abraham Michelson'un araştırması, ışığın hızının daha doğru bir şekilde belirlenmesini mümkün kıldı. 1926'da bilim adamı, ışığın iki dağın tepeleri arasındaki 35,4 km'lik mesafeyi kat etmesi için gereken süreyi ölçtü ve şunu elde etti: İle = (299.796.000±4.000) m/sn.

En doğru ölçüm 1975 yılında yapıldı. Aynı yıl Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı ışık hızının 299.792.458 ± 1,2 m/s olarak kabul edilmesini önerdi.

Işığın hızı neye bağlıdır?

Işığın boşluktaki hızı, referans çerçevesine veya gözlemcinin konumuna bağlı değildir. 299,792,458 ± 1,2 m/s'ye eşit olarak sabit kalır. Ancak çeşitli şeffaf ortamlarda bu hız, boşluktaki hızından daha düşük olacaktır. Herhangi bir şeffaf ortamın optik yoğunluğu vardır. Ve ne kadar yüksek olursa, ışığın hızı da o kadar yavaş yayılır. Örneğin ışığın havadaki hızı sudaki hızından daha yüksektir, saf optik camda ise sudaki hızından daha düşüktür.

Işık az yoğun ortamdan çok yoğun ortama doğru hareket ederse hızı azalır. Ve eğer daha yoğun bir ortamdan daha az yoğun bir ortama geçiş meydana gelirse, tam tersine hız artar. Bu, ışık ışınının iki ortam arasındaki geçiş sınırında neden saptığını açıklar.

Römer'in ışık hızı ölçümü, 7 Aralık 1676'da keşfedilen, ışığın hızının sonlu olduğunun, yani ışığın daha önce düşünüldüğü gibi sonsuz hızda gitmediğinin kanıtıdır. Bakalım Olaf Roemer'den önce ve sonra ışığın hızını nasıl ölçmeye çalışmışlar.

Işık hızı (C) vakumda ölçülmez. Standart birimlerde kesin olarak sabit bir değeri vardır. 1983 yılındaki uluslararası anlaşmaya göre metre, ışığın boşlukta 1/299.792.458 saniyede kat ettiği mesafe olarak tanımlanıyor. Işığın hızı tam olarak 299792458 m/s'dir. Bir inç 2,54 santimetre olarak tanımlanır. Dolayısıyla metrik olmayan birimlerde ışık hızının da kesin bir değeri vardır. Bu tanım yalnızca ışığın boşluktaki hızının sabit olması nedeniyle anlamlıdır ve bu gerçeğin deneysel olarak doğrulanması gerekir. Ayrıca ışığın su ve hava gibi ortamlardaki hızının deneysel olarak belirlenmesi de gereklidir.

On yedinci yüzyıla kadar ışığın anında yayıldığı sanılıyordu. Bu, ay tutulması gözlemleriyle doğrulandı. Sonlu ışık hızında, Dünya'nın Ay'a göre konumu ile Dünya'nın gölgesinin Ay yüzeyindeki konumu arasında bir gecikme olması gerekir, ancak böyle bir gecikme bulunamadı. Artık ışık hızının gecikmeyi fark edemeyecek kadar hızlı olduğunu biliyoruz.

Işığın hızı eski zamanlardan beri tartışılıyor ve tartışılıyor, ancak yalnızca üç bilim adamı (hepsi Fransız) onu dünyevi yöntemlerle ölçmeyi başardı. Bu çok eski ve çok karmaşık bir sorundu.

Ancak önceki yüzyıllarda filozoflar ve bilim adamları ışığın özellikleri hakkında oldukça geniş bir bilgi birikimi biriktirdiler. MÖ 300 yılında, Öklid'in geometrisini yarattığı günlerde Yunan matematikçiler ışık hakkında zaten çok şey biliyorlardı. Işığın düz bir çizgide ilerlediği ve düz aynadan yansıdığında ışının geliş açısının yansıma açısına eşit olduğu biliniyordu. Eski bilim adamları ışığın kırılması olgusunun çok iyi farkındaydı. Bunun nedeni, bir ortamdan, örneğin havadan, farklı yoğunluktaki bir ortama, örneğin suya doğru hareket eden ışığın kırılmasıdır.

İskenderiyeli bir gökbilimci ve matematikçi olan Claudius Ptolemy, ölçülen geliş ve kırılma açıları tablolarını derledi, ancak ışığın kırılma yasası yalnızca 1621'de Leiden Willebrord Snellius'tan Hollandalı matematikçi tarafından keşfedildi. Farklı yoğunluklardaki iki ortam için geliş açısı ve kırılma açısı sabittir.

Büyük Aristoteles ve Romalı devlet adamı Lucius Seneca da dahil olmak üzere birçok eski filozof, gökkuşağının ortaya çıkış nedenleri hakkında düşündü. Aristoteles renklerin, ışığın su damlacıkları tarafından yansıması sonucu ortaya çıktığına inanıyordu; Seneca da nem parçacıklarından oluşan bulutların bir tür ayna olduğuna inanarak yaklaşık olarak aynı görüşe sahipti. Öyle ya da böyle, bize ulaşan mitler, efsaneler, felsefi tartışmalar ve bilimsel gözlemlerin de gösterdiği gibi, tarihi boyunca insan ışığın doğasına ilgi göstermiştir.

Çoğu eski bilim adamı gibi (Empedokles hariç), Aristoteles de ışığın hızının sonsuz olduğuna inanıyordu. Aksini düşünmesi şaşırtıcı olurdu. Sonuçta, bu kadar büyük bir hız, o zamanlar mevcut olan yöntem veya araçların hiçbiriyle ölçülemezdi. Ancak daha sonraki zamanlarda bile bilim adamları bu konuda düşünmeye ve tartışmaya devam etti. Yaklaşık 900 yıl önce Arap bilim adamı İbn Sina, ışık hızının çok yüksek olmasına rağmen bunun sonlu bir değer olması gerektiği varsayımını dile getirmişti. Bu aynı zamanda alacakaranlığın doğasını ilk kez açıklayan çağdaşlarından biri olan Arap fizikçi Alhazen'in de görüşüydü. Elbette ne birinin ne de diğerinin görüşlerini deneysel olarak doğrulama fırsatı olmadı.

Galileo'nun deneyi

Bu tür anlaşmazlıklar süresiz olarak devam edebilir. Sorunu çözmek için açık ve reddedilemez bir deneyime ihtiyaç vardı. Bu yola ilk çıkan, dehasının çok yönlülüğüyle dikkat çeken İtalyan Galileo Galilei oldu. Birkaç kilometre uzaktaki tepelerde duran iki kişinin panjurlu fenerler kullanarak sinyal göndermesini önerdi. Daha sonra Floransa Akademisi bilim adamları tarafından uygulamaya konulan bu fikri, "Mekanik ve yerel hareketle ilgili iki yeni bilim dalı ile ilgili konuşmalar ve matematiksel kanıtlar" (1638'de Leiden'de yayınlandı) adlı çalışmasında dile getirdi.

Galileo'nun üç muhatabı konuşuyor. İlki Sagredo şunu soruyor: “Peki bu hareket ne türde ve ne derecede hızlı olmalı? Bunu diğer tüm hareketler gibi anlık mı yoksa zaman içinde meydana gelen bir olay olarak mı düşünmeliyiz? Geriye giden Simplicio hemen cevap veriyor: "Gündelik deneyimler, sesin uzun bir süre sonra kulağa ulaşmasının aksine, silah ateşinden çıkan ışığın zaman kaybı olmadan gözümüze kazındığını gösteriyor." Sagredo buna haklı bir nedenle karşı çıkıyor: "Bu iyi bilinen deneyimden, sesin kulaklarımıza ışıktan daha uzun aralıklarla ulaştığından başka bir sonuç çıkaramıyorum."

Burada Salviati müdahale ediyor (Galileo'nun görüşünü ifade ederek): “Bu ve diğer benzer gözlemlerin küçük kanıtları beni, aydınlatmanın, yani. Işığın yayılması gerçekten anlıktır. Aklıma gelen deney aşağıdaki gibidir. İki kişinin her biri, bir fener veya benzeri bir şeyle çevrelenmiş, refakatçinin tam gözü önünde el hareketi ile açılıp kapatılabilen bir ateş tutar; Birbirlerinin karşısında duran “birkaç arşınlık bir mesafede, katılımcılar, arkadaşlarının gözü önünde, biri diğerinin ışığını fark ettiği anda hemen kendi ateşini açacak şekilde, ateş açma ve kapama alıştırması yapmaya başlarlar. Bunu yalnızca kısa bir mesafede (bir milden daha az) üretmeyi başardım, bu yüzden karşıt ışığın gerçekten aniden ortaya çıkıp çıkmadığından emin olamadım. Ancak aniden olmazsa, her halükarda aşırı hızla olur.”

O dönemde Galileo'nun elindeki imkanlar elbette bu konunun bu kadar kolay çözülmesine imkan vermiyordu ve o da bunun tamamen farkındaydı. Tartışma devam etti. Kimyasal elementin ilk doğru tanımını yapan İrlandalı ünlü bilim adamı Robert Boyle, ışığın hızının sonlu olduğuna inanıyordu ve 17. yüzyılın bir diğer dehası Robert Hooke da ışık hızının deneysel olarak belirlenemeyecek kadar hızlı olduğuna inanıyordu. . Gökbilimci Johannes Kepler ve matematikçi René Descartes ise Aristoteles'in görüşünü benimsiyordu.

Römer ve Jüpiter'in uydusu

Bu duvardaki ilk gedik 1676 yılında açılmıştır. Bu bir dereceye kadar tesadüfen oldu. Bilim tarihinde birden fazla kez meydana gelen teorik bir sorun, tamamen pratik bir görevin yerine getirilmesi sırasında çözüldü. Genişleyen ticaretin ihtiyaçları ve navigasyonun artan önemi, Fransız Bilimler Akademisi'ni, özellikle coğrafi boylamın belirlenmesi için daha güvenilir bir yol gerektiren coğrafi haritaları iyileştirmeye başlamaya sevk etti. Boylam, oldukça basit bir şekilde, dünyanın iki farklı noktasındaki zaman farkına göre belirlenir, ancak o zamanlar yeterince doğru saatlerin nasıl yapılacağını henüz bilmiyorlardı. Bilim adamları, Paris saatini ve gemideki saati belirlemek için her gün aynı saatte gözlemlenen bazı gök olaylarını kullanmayı önerdiler. Bu olgudan yola çıkarak bir denizci veya coğrafyacı saatini kurabilir ve Paris saatini öğrenebilir. Deniz veya karadaki herhangi bir yerden görülebilen böyle bir olay, 1609'da Galileo tarafından keşfedilen Jüpiter'in dört büyük ayından birinin tutulmasıdır.

Bu konu üzerinde çalışan bilim insanları arasında, dört yıl önce Fransız gökbilimci Jean Picard tarafından yeni Paris gözlemevine çalışmak üzere davet edilen Danimarkalı genç gökbilimci Ole Roemer de vardı.

Zamanın diğer gökbilimcileri gibi Roemer de Jüpiter'in en yakın uydusunun iki tutulması arasındaki sürenin yıl boyunca değiştiğini biliyordu; aynı noktadan altı ay arayla yapılan gözlemler maksimum 1320 saniyelik bir fark sağlar. Bu 1320 saniye gökbilimciler için bir gizemdi ve kimse bunlara tatmin edici bir açıklama bulamadı. Uydunun yörünge periyodu ile Dünya'nın Jüpiter'e göre yörüngedeki konumu arasında bir tür ilişki var gibi görünüyordu. Ve böylece Roemer, tüm bu gözlemleri ve hesaplamaları baştan sona kontrol ettikten sonra beklenmedik bir şekilde bilmeceyi çözdü.

Roemer, ışığın, Dünya'nın yörüngesinde Jüpiter'e en yakın konumundan, Dünya'nın altı ay sonra sona erdiği Jüpiter'den en uzak konuma ulaşması için geçen sürenin 1320 saniye (veya 22 dakika) olduğunu varsaydı. Başka bir deyişle, Jüpiter'in ayından yansıyan ışığın kat ettiği ilave mesafe, Dünya'nın yörüngesinin çapına eşittir (Şekil 1).

Pirinç. 1. Roemer'in muhakeme şeması.
Jüpiter'e en yakın uydunun yörünge süresi yaklaşık 42,5 saattir. Bu nedenle uydunun her 42,5 saatte bir Jüpiter tarafından gizlenmesi (veya tutulma bandından ayrılması) gerekiyordu. Ancak altı ay boyunca, Dünya Jüpiter'den uzaklaştığında, tutulmalar her seferinde tahmin edilen tarihlere göre giderek daha fazla gecikmeyle gözlemlendi. Roemer, ışığın anında ilerlemediği, sınırlı bir hızı olduğu sonucuna vardı; dolayısıyla Güneş etrafındaki yörüngesinde hareket edip Jüpiter'den uzaklaştıkça Dünya'ya ulaşması daha fazla zaman alır.

Römer'in zamanında Dünya'nın yörüngesinin çapının yaklaşık 182.000.000 mil (292.000.000 km) olduğu düşünülüyordu. Bu mesafeyi 1320 saniyeye bölen Roemer, ışığın hızının saniyede 138.000 mil (222.000 km) olduğunu buldu.

İlk bakışta böyle bir hatayla (saniyede neredeyse 80.000 km) sayısal bir sonuç elde etmek büyük bir başarı gibi görünmeyebilir. Ama Roemer'in neler başardığını bir düşünün. İnsanlık tarihinde ilk kez sonsuz hızlı olduğu düşünülen hareketin bilgi ve ölçümle ulaşılabilir olduğu kanıtlandı.

Üstelik Roemer ilk denemede doğru sırada bir değer elde etti. Bilim adamlarının hala Dünya'nın yörüngesinin çapını ve Jüpiter'in uydularının tutulma zamanlamasını netleştirmeye çalıştığını hesaba katarsak, Roemer'in hatası sürpriz olmayacaktır. Artık bir uydu tutulmasının maksimum gecikmesinin Roemer'in düşündüğü gibi 22 dakika değil, yaklaşık 16 dakika 36 saniye olduğunu ve Dünya'nın yörünge çapının yaklaşık 292.000.000 km değil 300.000.000 km olduğunu biliyoruz. Roemer'in hesaplamasında bu düzeltmeler yapılırsa ışığın hızının saniyede 300.000 km olduğu ortaya çıkar ve bu sonuç, çağımızın bilim adamlarının elde ettiği en doğru rakama yakındır.

İyi bir hipotezin temel şartı, doğru tahminler yapmak için kullanılabilmesidir. Römer, ışık hızı hesaplamasına dayanarak belirli tutulmaları birkaç ay önceden doğru bir şekilde tahmin edebildi. Örneğin Eylül 1676'da Kasım ayında Jüpiter'in bir uydusunun yaklaşık on dakika geç görüneceğini öngördü. Minik uydu, Roemer'ı yarı yolda bırakmadı ve bir saniyelik bir doğrulukla tahmin edilen zamanda ortaya çıktı. Ancak Parisli filozoflar, Roemer'in teorisinin bu şekilde doğrulanmasıyla bile ikna olmadılar. Ancak Isaac Newton ve Hollandalı büyük gökbilimci ve fizikçi Christiaan Huygens, Danimarkalıyı desteklemek için ortaya çıktı. Ve bir süre sonra, Ocak 1729'da İngiliz gökbilimci James Bradley, biraz farklı bir şekilde, Roemer'la aynı sonuca vardı. Şüpheye yer yoktu. Roemer, bilim insanları arasında ışığın mesafeden bağımsız olarak anında hareket ettiği yönündeki yaygın inanışa son verdi.

Roemer, ışığın hızının çok yüksek olmasına rağmen sonlu olduğunu ve ölçülebileceğini kanıtladı. Ancak bazı bilim insanları, Roemer'in başarısını takdir ederken yine de tam anlamıyla tatmin olmadı. Onun yöntemiyle ışık hızının ölçülmesi astronomik gözlemlere dayanıyordu ve uzun zaman gerektiriyordu. Laboratuvarda ölçümlerin gezegenimizin sınırlarını aşmadan, tamamen dünyevi yöntemlerle yapılmasını, böylece tüm deney koşullarının kontrol altında olmasını istiyorlardı. Descartes'ın çağdaşı ve arkadaşı olan Fransız fizikçi Marin Marsenne, otuz beş yıl önce sesin hızını ölçmeyi başardı. Neden aynısını ışıkla yapamıyoruz?

Dünyevi yollarla ilk boyut

Ancak bu sorunun çözümü neredeyse iki asır beklemek zorunda kaldı. 1849'da Fransız fizikçi Armand Hippolyte Louis Fizeau oldukça basit bir yöntem buldu. İncirde. Şekil 2 basitleştirilmiş bir kurulum şemasını göstermektedir. Fizeau bir kaynaktan gelen ışık ışınını aynaya yönlendirdi İÇİNDE sonra bu ışın aynaya yansıdı A. Aynalardan biri Suresnes'te Peder Fizeau'nun evine, diğeri ise Paris'teki Montmartre'ye yerleştirildi; aynalar arasındaki mesafe yaklaşık 8,66 km idi. Aynaların arasında A Ve İÇİNDE belirli bir hızda döndürülebilen bir dişli yerleştirildi (flaş prensibi). Dönen tekerleğin dişleri ışık ışınını keserek onu darbelere böldü. Bu şekilde bir dizi kısa yanıp sönme gönderildi.

Pirinç. 2. Fizeau kurulumu.
Roemer'in Jüpiter'in ay tutulmalarını gözlemleyerek ışığın hızını hesaplamasından 174 yıl sonra, Fizeau karasal koşullar altında ışığın hızını ölçecek bir cihaz yaptı. Vites Cışık huzmesini flaşlara böldü. Fizeau, ışığın bu mesafeyi kat etmesi için geçen süreyi ölçtü. C aynaya A ve geri, 17,32 km'ye eşittir. Bu yöntemin zayıflığı, ışığın en büyük parlaklık anının gözlemci tarafından gözle belirlenmesiydi. Bu tür öznel gözlemler yeterince doğru değildir.

Dişli sabit ve orijinal konumundayken gözlemci, iki diş arasındaki boşluktan kaynaktan gelen ışığı görebiliyordu. Daha sonra tekerlek giderek artan bir hızla harekete geçirildi ve bir an geldi ki, dişlerin arasındaki boşluktan geçen ışık darbesi aynadan yansıyarak geri döndü. A ve diş nedeniyle gecikti. Bu durumda gözlemci hiçbir şey görmemiştir. Dişli daha da döndükçe ışık yeniden ortaya çıktı, daha parlak hale geldi ve sonunda maksimum yoğunluğuna ulaştı. Fizeau'nun kullandığı dişlinin 720 dişi vardı ve ışık saniyede 25 devirle maksimum yoğunluğuna ulaşıyordu. Fizeau bu verilere dayanarak ışığın hızını şu şekilde hesapladı. Işık, çarkın dişler arasındaki bir boşluktan diğerine dönmesi için gereken süre boyunca aynalar ile aynalar arasındaki mesafeyi kat eder; 1/25 için mi? 1/720, yani saniyenin 1/18000'i. Kat edilen mesafe aynalar arasındaki mesafenin iki katına eşittir; 17.32 km. Dolayısıyla ışığın hızı 17,32 · 18.000 veya saniyede yaklaşık 312.000 km'dir.

Foucault'nun gelişimi

Fizeau ölçüm sonucunu açıkladığında bilim adamları, ışığın Güneş'ten Dünya'ya 8 dakikada ulaştığı ve saniyenin sekizde biri kadar bir sürede Dünya'nın çevresini dolaşabildiğini söyleyen bu devasa rakamın güvenilirliğinden şüphe duyuyorlardı. İnsanın bu kadar büyük bir hızı bu kadar ilkel aletlerle ölçebilmesi inanılmaz görünüyordu. Işık, Fizeau aynaları arasında saniyenin 1/36000'inde sekiz kilometreden fazla yol mu kat ediyor? Birçok kişi imkansız dedi. Ancak Fizeau'nun elde ettiği rakam Roemer'in sonucuna çok yakındı. Bu sadece bir tesadüf olamaz.

On üç yıl sonra, şüpheciler hâlâ şüphe içindeyken ve ironik yorumlarda bulunurken, Parisli bir yayıncının oğlu olan ve bir zamanlar doktor olmaya hazırlanan Jean Bernard Leon Foucault, ışığın hızını biraz farklı bir şekilde belirledi. Birkaç yıl Fizeau ile çalıştı ve deneyimini nasıl geliştirebileceği konusunda çok düşündü. Foucault dişli çark yerine dönen bir ayna kullandı.

Pirinç. 3. Foucault'nun kurulumu.
Bazı iyileştirmelerden sonra Michelson bu cihazı ışığın hızını belirlemek için kullandı. Bu cihazda dişli çarkın (bkz. Şekil 2) yerini dönen bir düz ayna alır C. Eğer ayna C hareketsiz veya çok yavaş dönen ışık yarı saydam bir aynaya yansır B düz çizgiyle gösterilen yönde. Ayna hızla döndüğünde yansıyan ışın noktalı çizgiyle gösterilen konuma hareket eder. Gözlemci mercekten bakarak ışının yer değiştirmesini ölçebilir. Bu ölçüm ona iki kat açı mı verdi? Işık huzmesinin geldiği süre boyunca aynanın dönme açısı C içbükey aynaya A ve geri dön C. Aynanın dönüş hızını bilmek C, mesafe Aönce C ve ayna dönüş açısı C Bu süre zarfında ışığın hızını hesaplamak mümkün oldu.

Foucault yetenekli bir araştırmacı olarak ün kazandı. 1855'te, Dünya'nın kendi ekseni etrafında döndüğünü kanıtlayan sarkaçla yaptığı deney nedeniyle İngiltere Kraliyet Cemiyeti'nin Copley Madalyası ile ödüllendirildi. Ayrıca pratik kullanıma uygun ilk jiroskopu da yaptı. Fizeau'nun deneyinde dişli çarkı dönen bir aynayla değiştirmek (bu fikir 1842'de Dominico Arago tarafından önerildi, ancak uygulanmadı), bir ışık ışınının kat ettiği yolu 8 kilometreden 20 m'ye kadar kısaltmayı mümkün kıldı. ayna (Şekil 3), geri dönüş ışınını hafif bir açıyla saptırdı ve bu, ışığın hızını hesaplamak için gerekli ölçümlerin yapılmasını mümkün kıldı. Foucault'nun elde ettiği sonuç 298.000 km/sn idi. Fizeau'nun elde ettiği değerden yaklaşık 17.000 km daha az. (Başka bir deneyde Foucault, ışığın sudaki hızını belirlemek için yansıtıcı ve dönen ayna arasına su dolu bir tüp yerleştirdi. Işığın havadaki hızının daha büyük olduğu ortaya çıktı.)

On yıl sonra, Paris'teki École Polytechnique Supérieure'de deneysel fizik profesörü olan Marie Alfred Cornu tekrar dişli çarka geri döndü, ancak çarkın zaten 200 dişi vardı. Cornu'nun sonucu bir öncekine yakındı. Saniyede 300.000 km rakamını elde etti. 1872'de Annapolis Deniz Harp Okulu'nun son sınıf öğrencisi olan genç Michelson'dan optik sınavında Foucault'nun ışık hızını ölçen aygıtı hakkında konuşması istendiğinde durum böyleydi. Gelecek nesil öğrencilerin çalışacağı fizik ders kitaplarında Michelson'a Fizeau veya Foucault'dan çok daha fazla yer verileceği o zamanlar kimsenin aklına gelmemişti.

1879 baharında New York Times şunları bildirdi: “Amerika'nın bilimsel ufkunda yeni ve parlak bir yıldız belirdi. Donanma hizmetinde astsubay, Annapolis Deniz Harp Okulu mezunu ve henüz yirmi yedi yaşında olmayan Albert A. Michelson, optik alanında olağanüstü bir başarı elde etti: ışığın hızını ölçtü.” Daily Tribune, “İnsanlara Bilim” başlıklı başyazısında şunları yazdı: “Uzak Nevada'daki bir maden kasabası olan Virginia City'nin yerel gazetesi gururla şunları bildiriyor: “İkinci Teğmen Albert A. Michelson, Samuel Michelson'un oğlu, manifatura mağazası Şehrimizdeki sahibi, dikkat çekici bir bilimsel başarı ile tüm ülkenin dikkatini çekti: ışığın hızını ölçtü."

Philip Gibbs , 1997

Bir hata bulursanız lütfen metnin bir kısmını vurgulayın ve tıklayın. Ctrl+Enter.

Görüntülemeler: 162