Чому дорівнює швидкість світла
Хоча у повсякденному житті рідко кому доводиться безпосередньо розраховувати, чому дорівнює швидкість світла, інтерес до даного питання виявляється ще в дитинстві. Дивно, але всі ми щодня стикаємося з ознакою константи швидкості поширення електромагнітних хвиль. Швидкість світла - це фундаментальна величина, завдяки якій весь Всесвіт існує саме в тому вигляді, якою ми її знаємо.
Напевно, кожен, спостерігаючи в дитинстві за спалахом блискавки і наступним за нею гуркотом грому, намагався зрозуміти, чим викликана затримка між першим і другим явищем. Нескладні уявні міркування швидко приводили до закономірного висновку: швидкість світла і звуку різна. Це перше знайомство з двома важливими фізичними величинами. Згодом хтось отримував необхідні знання і міг легко пояснити що відбувається. Що ж є причиною дивної поведінки грому? Відповідь полягає в тому, що швидкість світла, що становить близько 300 тис. Км / с, майже в мільйон разів перевищує швидкість поширення звукових коливань в повітрі (330 м / с). Тому людина спочатку бачить спалах світла від електричної дуги блискавки і лише через час чує гуркіт грому. Наприклад, якщо від епіцентру до спостерігача 1 км, то світло подолає цю відстань за 3 мікросекунди, а от звуку знадобиться цілих 3 с. Знаючи швидкість світла і час затримки між спалахом і громом, можна обчислити відстань.
Спроби виміряти її робилися давно. Зараз досить забавно читати про проведені експериментах, однак, в ті далекі часи, до появи точних приладів, все було більш ніж серйозно. При спробах дізнатися, яка швидкість світла, був проведений один цікавий досвід. З одного кінця вагона швидко переміщається поїзда знаходилася людина з точним хронометром, а з протилежного боку його помічник по команді відкривав заслінку лампи. Згідно із задумом, хронометр повинен був дозволити визначити швидкість поширення фотонів світла. Причому завдяки зміні позицій лампи і хронометра (при зберігається напрямку руху поїзда), вдалося б дізнатися, постійна чи швидкість світла, або її можна збільшити / зменшити (в залежності від напрямку променя, теоретично, швидкість руху поїзда могла б впливати на вимірювану в експерименті швидкість ). Звичайно, досвід не вдався, так як швидкість світла і реєстрація хронометром непорівнянна.
Вперше максимально точне вимірювання було виконано в 1676 році завдяки спостереженням за супутником Юпітера. Олаф Ремер звернув увагу, що реальне поява Іо та розрахункові дані розрізнялися на 22 хвилини. Коли планети зближувалися, затримка зменшувалася. Знаючи відстань, вдалося обчислити швидкість світла. Вона склала близько 215 тис. Км / с. Потім, в 1926 році, Д. Бредлі, вивчаючи зміна видимих положень зірок (аберацію), звернув увагу на закономірність. Точка розміщення зірки змінювалася залежно від пори року. Отже, вплив справляло положення планети відносно Сонця. Можна навести аналогію - краплі дощу. Без вітру вони летять вертикально вниз, але варто побігти - і їх видима траєкторія змінюється. Знаючи швидкість обертання планети навколо Сонця, вдалося обчислити швидкість світла. Вона склала 301 тис. Км / с.
У 1849 році А. Фізо провів наступний досвід: між джерелом світла і дзеркалом, віддаленим на 8 км, перебувало обертається зубчасте колесо. Швидкість його обертання збільшували до тих пір, поки в наступному зазорі потік відбитого світла не перетворювався на постійний (немерехтливе). Розрахунки дали 315 тис. Км / с. Через три роки Л. Фуко замінив колесо обертовим дзеркалом і отримав 298 тис. км / с.
Наступні досліди ставали все точніше, враховуючи переломлення в повітрі та ін. В даний час актуальними вважаються дані, отримані за допомогою цезієвих годин і лазерного променя. Згідно з ними, швидкість світла у вакуумі дорівнює 299 тис. Км / с.