Šviesos greitis taip pat yra svarbus šviesos parametras, jo nustatymas optikos raidos istorijoje turi labai ypatingą ir svarbią reikšmę, ne tik skatinant gilų optinių eksperimentų vystymąsi, bet ir sulaužant tradicinę optinių eksperimentų sampratą. begalinis šviesos greitis. Plėtojant teorinį fizikos tyrimą, šviesos greičio nustatymas dalelių teorijai ir diskusijų svyravimų teorijai suteikia pagrindą sprendimui ir galiausiai skatina Einšteino reliatyvumo teorijos atradimą ir plėtrą.
Kaip matuojamas šviesos greitis
1. Šviesos greičio matavimo prologas
Fizikoje kilo ginčas dėl šviesos greičio. Tiek Kepleris, tiek Dekartas tikėjo, kad šviesa keliauja be laiko ir akimirksniu. Galilėjus tikėjo, kad šviesos greitį, nors ir neįprastai greitą, galima išmatuoti, todėl 1607 m. Galilėjus atliko anksčiausią eksperimentą šviesos greičiui išmatuoti. Galilėjaus matavimo metodas yra leisti dviem žmonėms, stovintiems 1,6093 km atstumu vienas nuo kito, ant dviejų kalnų viršūnės, kiekvienas su lempa, pirmas žmogus pakėlė lempą, kai antrasis žmogus pamatė, kad pirmojo asmens lempa iš karto pakėlė savo lempą, nuo pirmasis asmuo, kuris pakelia lempą, kad pamatytų antrojo asmens lempą, yra intervalas tarp šviesos sklidimo laiko, o tada pagal atstumą tarp dviejų vietų bus galima gauti šviesos sklidimo greitį. Tačiau dėl šviesos sklidimo greičio per greitas, kartu su stebėtoju taip pat turi būti tam tikras reakcijos laikas, todėl Galilėjaus bandymai nebuvo sėkmingi, tačiau Galilėjaus eksperimentas yra žmonijos istorijos atidarymas apie šviesos sklidimo greitį, siekiant išmatuoti šviesos sklidimo greitį. įžanga į studiją.
2. Astronominiai matavimai
1676 m. danų astronomas Rømeris pirmą kartą pasiūlė efektyvesnį šviesos greičio matavimo metodą. Bet koks periodiškas procesas gali būti naudojamas kaip „laikrodis“, ir jam pavyko surasti Jupiterio laikrodį, kuris yra labai toli nuo Žemės: palydovą, kurį Jupiteris užtemdo kas tam tikrą laikotarpį. Jis pastebėjo, kad laikas tarp dviejų iš eilės palydovų užtemimų, kai Žemė grįžta nuo Jupiterio judėjimo, nei Žemės judėjimas Jupiterio link yra ilgesnis nei laiko skirtumas apie 15 s. Romeris stebint Jupiterio palydovo užtemimus ir Žemės orbitos šviesos greičio skersmenį: 214300 km per sekundę. ši reikšmė nuo šviesos greičio skirtumo reikšmės tikslumo yra labai didelė, bet tai ne matavimo metodas nėra tinkamas, svarbiausia, kad tada Žinokite Žemės orbitos spindulį yra tik apytikslis, o palydovinio užtemimo laikotarpio matavimas nėra pakankamai tikslus. Vėliau mokslininkai fotografijos metodu matavo Jupiterio palydovų užtemimų laiką, pagerėjo Žemės orbitos spindulio matavimo tikslumas, naudojant Romerio metodą šviesos sklidimo greitis yra 299840 per sekundę 60 km, labai artimas tiksli šiuolaikinių laboratorinių matavimų vertė.
1728 m. anglų astronomas Bradley išmatavo šviesos greitį, naudodamas žvaigždžių šviesos sklidimo skirtumo metodą. Stebėdamas žvaigždes Žemėje, Bradley pastebėjo, kad tariamos žvaigždžių padėtys nuolat kinta ir kad per metus visos žvaigždės savaitę sukasi aplink elipsę su vienodomis pusės ilgio ašimis aplink zenitą. Šį reiškinį jis aiškino tuo, kad prireikė šiek tiek laiko, kol žvaigždžių šviesa nukeliavo į žemę, ir kad per tą laiką žemė pakeitė padėtį sukimosi būdu, nuo ko jis išmatavo 299 930 km per minutę šviesos greitį. antra.
3. Pavarų matavimas
1849 metais prancūzų mokslininkas Fissot pirmą kartą panaudojo sukurtą eksperimentinį prietaisą šviesos sklidimo greičiui nustatyti, o jo matavimo principas buvo panašus į Galilėjaus. Jis įdėjo taškinį šviesos šaltinį į objektyvo židinio tašką, tarp objektyvo ir šviesos šaltinio, kad įjungtų pavarą, į objektyvą kitoje kito objektyvo šono pusėje ir paeiliui pastatė plokščią veidrodį, plokštumos veidrodis yra antrojo objektyvo židinyje. Nukreipkite šviesos šaltinį iš šviesos per krumpliaračius ir lęšius į lygiagrečią šviesą, lygiagrečią šviesą per antrąjį lęšį ir tada plokštumoje veidrodyje, susikaupusiame taške, plokštumos veidrodyje po atspindžio pirminiu būdu atgal. Kadangi krumpliaratis turi tarpą ir dantis, kai šviesa praeina pro tarpą, kai stebėtojas mato grįžtamąją šviesą, kai šviesa susitinka su dantimis, bus užtemdyta. Laikas nuo pradžios iki pirmojo grįžtančios šviesos išnykimo – tai laikas, per kurį šviesa įveikia vieną kelionę pirmyn ir atgal, o pagal pavarų greitį šį laiką nesunku sužinoti. Tokiu būdu Fischeris išmatavo 315 000 kilometrų per sekundę šviesos greitį, o kadangi krumpliaračiai buvo tam tikro pločio, šiuo metodu buvo sunku tiksliai išmatuoti šviesos sklidimo greitį.
1850 m. prancūzų fizikas Foucault patobulino Fisso metodą naudodamas tik objektyvą, besisukantį plokštuminį veidrodį ir įgaubtą veidrodį. Lygiagreti šviesa susilieja į įgaubto veidrodžio centrą per besisukantį plokštumos veidrodį, o tuo pačiu plokštuminio veidrodžio sukimosi greičiu galima rasti šviesos pluošto judėjimo pirmyn ir atgal laiką, o taip išmatuotas šviesos greitis yra 298 ,000 km per sekundę.
4. Mikrobangų matavimo metodas
Šviesos bangos yra nedidelė elektromagnetinio spektro dalis, kiekvienos rūšies elektromagnetinių bangų parametrų elektromagnetinio spektro mokslininkai atlieka tikslius matavimus. 1950 m. Eisenas pasiūlė ertmės rezonanso metodą šviesos greičiui matuoti. Matavimo principas yra toks: mikrobangų krosnelė per ertmę, kai jos dažnis yra tam tikros vertės, rezonuos, rezonanso bangos ilgis λ ir rezonanso ertmė apskritimo perimetro santykio tarp R kaip:
R=2.404825λ
Ir tada pagal bangos ilgio ir dažnio sandaugą gaus šviesos greitį. Tiksliai išmatavus rezonanso ertmės skersmenį galima nustatyti tikslų rezonanso bangos ilgį, o ertmės skersmenį galima tiksliai išmatuoti interferometriniais metodais, elektromagnetinį dažnį galima tiksliai nustatyti laipsnišku diferencinio dažnio metodu. Eisenas su savo pasiūlytu metodu gauti šviesos greitį 299792,5 s 1 km per sekundę, matavimo tikslumas 10-7.
5. Matavimas lazeriu
1972 m. Nacionalinis standartų ir technologijų institutas (NIST) Boulderyje, Kolorado valstijoje, JAV, naudojo lazerinę interferometriją, kad nustatytų šviesos greitį, gautų c=299792456.2±1,1 m/s ir gautų matavimo tikslumą. iki 10-9, o tai yra 100 kartų tikslesni nei ankstesnis matavimas. Kadangi panašūs eksperimentai davė panašias šviesos greičio vertes, 17-oji tarptautinė svorių ir matų konferencija 1983 m. rekomendavo 299792458m/s kaip šviesos greičio vertę.
Vaizdo šviesos greičio matavimų chronologija
Šviesos greitis buvo matuojamas daugiau nei 300 metų ir pagaliau buvo baigtas. Tyrimo metu mokslininkai puikiai sujungė teoriją ir praktiką, skaičiavimus ir matavimus ir galiausiai gavo tikslią šviesos greičio vertę.
Šviesos greičio nustatymas turi įtakos ne tik vieneto „metras“ apibrėžimui, bet ir padeda atlikti tolesnius tyrimus. Standartiniai matavimo vienetai, tokie kaip šviesos greitis ir „metras“, gali atrodyti nereikšmingi, tačiau jie matė žmogaus civilizacijos pažangą. Mokslas neturi ribų, o žmonijos kelionė tyrinėti pasaulį tik prasidėjo.
