La velocidad de la luz también es un parámetro importante de la luz, su determinación en la historia del desarrollo de la óptica tiene un significado muy especial e importante, no sólo para promover el desarrollo profundo de los experimentos ópticos, sino también para romper el concepto tradicional de la velocidad de la luz infinita. En el desarrollo del estudio teórico de la física, la determinación de la velocidad de la luz para la teoría de partículas y la teoría de la fluctuación del debate proporciona una base para el juicio y, en última instancia, promueve el descubrimiento y desarrollo de la teoría de la relatividad de Einstein.
Cómo se mide la velocidad de la luz
1. Prólogo a la medición de la velocidad de la luz
Hubo una disputa en física sobre la velocidad de la luz. Tanto Kepler como Descartes creían que la luz viajaba sin tiempo y en un instante. Galileo creía que la velocidad de la luz, aunque inusualmente rápida, podía medirse, y en 1607, Galileo realizó el primer experimento para medir la velocidad de la luz. El método de medición de Galileo consiste en dejar que dos personas estuvieran separadas 1,6093 km en la cima de dos montañas, cada una con una lámpara, la primera persona levantó la lámpara, cuando la segunda persona vio la lámpara de la primera persona inmediatamente levantó su propia lámpara, de la primera persona que levanta la lámpara para ver la lámpara de la segunda persona es el intervalo entre el tiempo de propagación de la luz, y luego, de acuerdo con la distancia entre los dos lugares, podrá obtener la velocidad de propagación de la luz. Sin embargo, debido a que la velocidad de propagación de la luz es demasiado rápida, junto con el observador también debe tener un cierto tiempo de reacción, por lo que los intentos de Galileo no tuvieron éxito, pero el experimento de Galileo es la apertura de la historia de la humanidad sobre la velocidad de propagación de la luz para medir la preludio al estudio.
2. Medición astronómica
En 1676, el astrónomo danés Rømer propuso por primera vez un método más eficaz para medir la velocidad de la luz. Cualquier proceso periódico puede servir como "reloj", y logró encontrar el reloj de Júpiter, que está muy lejos de la Tierra: un satélite eclipsado por Júpiter cada determinado período. Observó que el tiempo entre dos eclipses de satélite consecutivos, cuando la Tierra se aleja del movimiento de Júpiter, es mayor que el movimiento de la Tierra hacia Júpiter, que es mayor que la diferencia de tiempo de aproximadamente 15 s. Romer a través de la observación de los eclipses de los satélites de Júpiter y el diámetro orbital de la Tierra de la velocidad de la luz: 214300 km por segundo. este valor de la velocidad de la luz de la exactitud del valor de la diferencia es muy grande, pero este no es el método de medición no es correcto, lo principal es que entonces conocer el radio de la órbita de la Tierra es sólo una aproximación, mientras que la medición del período de eclipse de los satélites no es lo suficientemente precisa. Posteriormente, los científicos utilizaron el método fotográfico para medir el tiempo de los eclipses de los satélites de Júpiter, y se mejoró la precisión de la medición del radio orbital de la Tierra, utilizando el método de Romer para encontrar la velocidad de propagación de la luz es 299840 por segundo 60 km, muy cerca de el valor exacto de las mediciones de laboratorio modernas.
En 1728, el astrónomo inglés Bradley midió la velocidad de la luz utilizando el método de la luz que viaja por la diferencia de estrellas. Mientras observaba estrellas en la Tierra, Bradley notó que las posiciones aparentes de las estrellas cambiaban constantemente y que al cabo de un año todas las estrellas parecían orbitar una elipse con ejes de media longitud iguales alrededor del cenit durante una semana. Atribuyó este fenómeno al hecho de que la luz de las estrellas tardaba algún tiempo en llegar a la Tierra, y que durante este tiempo la Tierra había cambiado de posición por rotación, por lo que midió la velocidad de la luz en 299.930 kilómetros por hora. segundo.
3. Medición de engranajes
En 1849, el científico francés Fissot utilizó por primera vez un dispositivo experimental diseñado para determinar la velocidad de propagación de la luz, y su principio de medición era similar al de Galileo. Colocó una fuente de luz puntual en el punto focal de la lente, entre la lente y la fuente de luz para poner un engranaje, en la lente al otro lado del otro lado de la otra lente y un espejo plano colocado a su vez, el El espejo plano se encuentra en el foco de la segunda lente. La fuente de luz puntual emitida por la luz a través de los engranajes y las lentes se convierte en luz paralela, la luz paralela a través de la segunda lente y luego en el espejo plano se reúne en un punto, en el espejo plano después de reflejarse en el camino original de regreso. Dado que el engranaje tiene un espacio y dientes, cuando la luz pasa a través del espacio, el observador puede ver la luz de retorno, cuando la luz se encuentra, los dientes se oscurecerán. El tiempo desde el inicio hasta la primera desaparición de la luz que regresa es el tiempo que tarda la luz en hacer un viaje de ida y vuelta, y según la velocidad de los engranajes, este tiempo no es difícil de averiguar. De esta manera, Fischer midió la velocidad de la luz en 315,000 kilómetros por segundo y, debido a que los engranajes tenían un ancho determinado, era difícil medir con precisión la velocidad de propagación de la luz utilizando este método.
En 1850, el físico francés Foucault mejoró el método de Fisso utilizando únicamente una lente, un espejo plano giratorio y un espejo cóncavo. La luz paralela converge en el centro del espejo cóncavo a través del espejo plano giratorio, y se puede usar la misma velocidad de rotación del espejo plano para encontrar el tiempo de ida y vuelta del haz de luz, y la velocidad de la luz medida de esta manera es 298 ,000km por segundo.
4. Método de medición por microondas
Las ondas de luz son una pequeña parte del espectro electromagnético; los científicos del espectro electromagnético de cada tipo de parámetros de ondas electromagnéticas realizan mediciones de precisión. En 1950, Eisen propuso un método de resonancia de cavidades para medir la velocidad de la luz. El principio de medición es: Microondas a través de la cavidad, cuando su frecuencia es un cierto valor resonará, la longitud de onda de resonancia λ y la cavidad de resonancia de la circunferencia de la circunferencia de la relación entre R como:
R=2.404825λ
Y luego, según el producto de la longitud de onda y la frecuencia, se obtendrá la velocidad de la luz. Al medir con precisión el diámetro de la cavidad de resonancia se puede determinar la longitud de onda de resonancia exacta, mientras que el diámetro de la cavidad se puede medir con precisión mediante métodos interferométricos, la frecuencia electromagnética se puede determinar con precisión mediante el método de frecuencia diferencial paso a paso. Eisen con su método propuesto para obtener la velocidad de la luz en 299792,5 s 1 km por segundo, la precisión de la medición es 10-7.
5. Medición láser
En 1972, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Boulder, Colorado, EE. UU., utilizó interferometría láser para determinar la velocidad de la luz, obteniendo c=299792456.2±1,1 m/s y obteniendo una precisión de medición. de hasta 10-9, que es 100 veces más precisa que la medición anterior. Dado que experimentos similares arrojaron valores similares para la velocidad de la luz, la 17ª Conferencia Internacional sobre Pesas y Medidas en 1983 recomendó 299792458 m/s como valor para la velocidad de la luz.
Cronología de imágenes de las mediciones de la velocidad de la luz
La velocidad de la luz ha recorrido un viaje de más de 300 años de mediciones y finalmente ha sido concretada. En el proceso de investigación, los científicos combinaron perfectamente teoría y práctica, cálculo y medición, y finalmente obtuvieron un valor exacto de la velocidad de la luz.
La determinación de la velocidad de la luz no sólo afecta a la definición de la unidad "metro", sino que también ayuda a futuras investigaciones. Unidades estándar como la velocidad de la luz y el "metro" pueden parecer triviales, pero han sido testigos del progreso de la civilización humana. La ciencia no tiene límites y el viaje de la humanidad para explorar el mundo acaba de comenzar.
