Фото: YandexArt
Определение №1 Свет — это электромагнитное излучение, которое может видеть человек. У света корпускулярно-волновая природа, то есть его можно представить как в виде пучка частиц, так и в виде волны. Именно благодаря свету происходят биохимические реакции, стоящие в основе жизни на Земле, к тому же мы можем видеть окружающий мир и все его цветовое великолепие.
Определение №1 Скорость света — это физическая величина, обозначающая скорость распространения электромагнитных волн. На данный момент считают, что скорость света в вакууме равна 299 792 458 м/с, или 1 079 252 848,8 км/ч. [1] Это настолько огромная скорость, что ее сложно сравнить хоть с какой-либо другой величиной в мире, а с помощью человеческого восприятия передвижение света просто невозможно увидеть.
Но человек так устроен, что не хочет мириться с процессами во вселенной, которые он не может измерить и изучить. Поэтому, как только наши предки начали постигать природу движений окружающей их материи, у них возник интерес к свету и к тому, как можно его измерить.
Фото: YandexArt
Вплоть до 17 века ученые считали, что скорость света равна бесконечности и ничем не ограничена. У них не было представления о том, что свет может совершать движение, похожее на движение материального объекта, поэтому и в нахождении способов измерения скорости света не было смысла. В эпоху Просвещения мнения ученых разделились: кто-то придерживался старой версии, а кто-то выдвигал обратные теории. Среди отрицающих тезис о том, что скорость света бесконечна, был Галилео Галилей, сторонник гелиоцентрической теории мира и основатель экспериментальной физики.
Несмотря на то, что мыслил Галилей в правильном направлении, его опыт не имел ничего общего с реальным положением дел. В один день вместе со своим помощником ученый взобрался на холмы, находящихся на большом расстоянии друг от друга. Они по очереди открывали заслонки фонарей, и когда свет от первого фонаря достигал глаз второго человека, он подавал ответный сигнал, свидетельствующий о том, что свет добрался до цели.
Галилей попытался рассчитать искомую величину, основываясь на времени и расстоянии, предполагая при этом, что свет распространяется одинаково во всех случаях и полагаясь на мгновенную реакцию своего помощника, и вывел следующую формулу, где t – время, c – скорость света, а R - r – расстояние.
Конечно, результаты были далеки от современных данных.
Ученый провел еще один эксперимент, в котором он вместо помощника использовал зеркало (так как оно отражает свет без задержки), но в этом случае он просто не успевал зафиксировать время, которое свет успевает преодолеть.
Первым, кто получил наиболее точные цифры, определяющие скорость света, был датский астроном Оле Ремёр. Он наблюдал за спутниками Юпитера и обнаружил, что время между затмениями уменьшается и увеличивается. Замедляться и ускоряться спутники не могли, поэтому Ремёр пришел в 1676 году к следующему выводу: свет распространяется с ограниченной скоростью, поэтому должно пройти какое-то время, прежде чем он преодолеет расстояние между Юпитером и Землей, положение которых относительно друг друга меняется в течение некоторого времени. Когда Юпитер движется к Земле, затмения случаются раньше, так как свет достигает их быстрее, когда Юпитер движется от Земли, затмения происходят позже.
Данные опережений и запаздываний позволили Ремёру рассчитать скорость света, она составила около 220000 км/с (что отличается от современных данных на ~80000 км/с). Эти наблюдения, описанные в трудах ученого, приобрели большую популярность и определили вектор направления исследований в области измерений скорости света.
Источник: https://www.evkova.org/
Другой ученый, Джеймс Брэдли, исследуя абберацию звезд (явление, при котором видимое положение небесных тел смещается в сторону движения наблюдателя), в 1728 году выяснил, что одна из звезд созвездия Дракона меняла свое расположение в течение года, и связал это с тем, что искомая величина имеет определенное значение. Его измерения скорости света равнялись около 300000 км/с и были признаны наиболее точными.
К исследованиям Брэдли и Ремёра, несмотря на то что для своего времени они были прорывными, ученое сообщество отнеслось к ним скептически. Следующим шагом было получение данных о скорости света в лабораторных условиях, что сделало возможным опыт французского физика Ипполита Физо, который впервые вычислил скорость света в воде и в воздухе.
Опыт, который провел Физо, чем-то напоминал опыт Галилея с зеркалом, но его установка предполагала еще и наличие зубчатого колеса, которое крутилось с определенной скоростью. Через линзу свет попадал на колесо, а затем на зеркало, которое находилось на расстоянии 8,6 км. Зубья диска прерывали прохождение света, что делало процесс запуска сигнала автоматизированным и не допускало задержки (в отличие от опыта Галилея). Зная расстояние между колесом и источником света, а также частоту вращений колеса, Физо вычислил, что скорость света равняется 312000 км/с.
Через несколько лет опыт был повторен Леоном Фуко, но вместо зубчатого диска он применил быстро вращающееся зеркало и получил более близкое значение — 298000 км/с.
Источник: https://www.evkova.org/
Наличие всех знаний, накопленных за прошедшие тысячелетия изучения световой волны, позволили современным ученым переложить старые методы на современное оборудование. В основе современных данных стоит модернизированный опыт Физо, но вместо зубчатого колеса используется модулятор, который полностью прерывает пучок света, вместо источника света лазер, а приемником излучения является фотоэлемент. Именно такой метод позволил получить наиболее точное значение, которое сейчас и является официальным — 299792,5 ± 0,15 км/с.
Косвенные методы определения скорости света дают более точные результаты. Например, определение скорости света как частного от деления независимо найденных длин волн и частот атомарных или молекулярных спектральных линий. Скорость света является конечным пределом скорости, и ни одно тело во вселенной не может ее преодолеть.
Источник: YandexArt
