كيف تم قياس سرعة الضوء لأول مرة

2024 مؤلف: Sherilyn Boyd | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 09:38

سرعة الضوء في فراغ يقف في "بالضبط 299،792،458 متر في الثانية". السبب اليوم الذي يمكننا وضع رقم دقيق عليه هو أن سرعة الضوء في الفراغ هي ثابت عالمي تم قياسه باستخدام أشعة الليزر. وعندما تتضمن إحدى التجارب استخدام الليزر ، من الصعب المجادلة بالنتائج. ولماذا يخرج إلى حد ما على أنه رقم صحيح ، فإن هذا ليس مصادفة - يتم تعريف طول العداد باستخدام هذا الثابت: "طول المسير الذي يقطعه الضوء في الفراغ خلال فاصل زمني من 1 / 299،792،458 من الثانية ".

قبل بضع مئات من السنين ، كان متفقًا بشكل عام أو على الأقل يفترض أن سرعة الضوء كانت لانهائية ، عندما تكون في الحقيقة ، في الحقيقة ، بالفعل ، سريعًا ، للرجوع إليها ، فإن سرعة الضوء أبطأ قليلاً من الأسرع شيء في الكون المعروف - وقت استجابة الفتاة المراهقة إذا كان جاستين بيبر يقول على تويتر ، "أول من يرد على هذه التغريدة سيكون صديقي الجديد."

أول شخص معروف يشكك في "سرعة الضوء هو شيء لانهائي" كان الفيلسوف إمبيدوكليس في القرن الخامس قبل الميلاد. بعد أقل من قرن ، اختلف أرسطو مع Empedocles واستمر الحجة لأكثر من 2000 سنة بعد.

كان واحدا من أوائل الأفراد البارزين الذين قاموا بالفعل بتجربة ملموسة لاختبار ما إذا كانت سرعة الضوء هي عالم هولندي ، إسحاق بيكمان في عام 1629. على الرغم من العيش في وقت ما قبل الليزر - الذي يعطيني قشعريرة التفكير فقط - فهم بيكمان أن يجب أن تتضمن أساس أي تجربة علمية جيدة تفجيرات من نوع ما ؛ وهكذا ، تضمنت تجربته تفجير البارود.

وضع بيكمان مرايا على مسافات مختلفة من الانفجار وطلب من المراقبين ما إذا كانوا يستطيعون رؤية أي اختلاف في الوقت الذي وصل فيه ضوء الضوء المنعكس من كل مرآة إلى أعينهم. كما يمكنك تخمين ، كانت التجربة "حاسمة".

ربما أجريت تجربة مماثلة أكثر شهرة لا تنطوي على انفجارات أو على الأقل اقترحها غاليليو غاليلي بعد أقل من عقد من الزمن في عام 1638. كما اشتبه غاليليو ، مثل بيكمان ، بأن سرعة الضوء لم تكن لانهائية وجعلت مراجع عابرة. لتجربة تنطوي على الفوانيس في بعض أعماله. شملت تجربته (إذا أجريت ذلك على الإطلاق) ، وضع فوانيس على بعد ميل واحد ، ومحاولة معرفة ما إذا كان هناك أي تأخر ملحوظ بين الاثنين. كانت النتائج غير حاسمة. الشيء الوحيد الذي كان غاليليو يستطيع أن يستخلصه هو أنه إذا لم يكن الضوء لا نهائيًا ، فقد كان سريعاً وأن التجارب على مثل هذا النطاق الصغير كانت مآلها الفشل.

لم يكن الأمر كذلك حتى دخلت عالم الفضاء الدانماركي ، أول رومير في الشجار لدرجة أن قياسات سرعة الضوء أصبحت خطيرة. في تجربة جعلت من غاليليو يضيء الفوانيس على تلة تبدو كمشروع عادل في مدرسة ابتدائية ، قرر رومر أنه في حالة عدم وجود أشعة الليزر والانفجارات ، يجب أن تتضمن التجربة الفضاء الخارجي دائمًا. وهكذا ، بنى ملاحظاته على حركة الكواكب نفسها ، معلنا نتائجه الرائدة في 22 أغسطس 1676.

على وجه التحديد ، أثناء دراسة أحد أقمار المشتري ، لاحظ رومر أن الوقت بين الخسوف سيتغير على مدار العام (بناءً على ما إذا كانت الأرض تتحرك نحو كوكب المشتري أو بعيدًا عنه). وفضلاً عن هذا ، بدأ رومر بتدوين ملاحظات دقيقة حول الوقت الذي سيظهر فيه I0 (القمر الذي كان يراقبه) وكيف يرتبط بالوقت الذي كان يُتوقع عادةً حدوثه. بعد فترة ، لاحظ رومر أنه عندما تدور الأرض حول الشمس وبدورها ابتعدت عن كوكب المشتري ، فإن الوقت الذي سيشاهده Io سوف يتأخر عن الوقت المتوقع في ملاحظاته. صمم رومر (بشكل صحيح) أن هذا يرجع إلى أن الضوء المنعكس من أيو لم يكن يسافر على الفور.

لسوء الحظ ، فقدت الحسابات الدقيقة التي استخدمها في حريق كوبنهاجن لعام 1728 ، ولكن لدينا حسابًا جيدًا للأشياء من القصص الإخبارية التي تغطي اكتشافه ومن علماء آخرين في ذلك الوقت استخدموا أرقام رومر في عملهم الخاص. كان جوهر ذلك هو أنه باستخدام مجموعة من الحسابات الذكية التي تتضمن قطر مدارات كوكب الأرض والمشتري ، استطاع رومر أن يستنتج أن الأمر استغرق 22 دقيقة تقريبًا حتى يتمكن الضوء من عبور قطر مدار الأرض حول الشمس. وفي وقت لاحق ، حول كريستيان هيغنز هذا الأمر إلى أرقام أكثر شيوعًا ، مبينًا أن تقدير Römer ، سافر الضوء إلى حوالي 220 ألف كيلومتر في الثانية. هذا الرقم قليل (حوالي 27 ٪) من الرقم المذكور في الفقرة الأولى ، لكننا سنصل إلى ذلك في لحظة.

عندما عبّر زملاء رومر بشكل شبه عالمي عن شكه في نظريته حول إيو ، أجاب رومر بإخبارهم بهدوء أن كسوف التاسع من نوفمبر في عام 1676 سيتأخر 10 دقائق. عندما حان الوقت ، كان المتشككون يقفون متخوفين حيث أن حركة جسد سماوي كامل أعطت مصداقية لإبرامه.

كان زملاء رومر محقين في تقديره ، حتى اليوم ، يعتبر تقديره لسرعة الضوء دقيقًا بشكل مثير للدهشة ، مع الأخذ في الاعتبار أنه قد تم إنتاجه قبل 300 عام من وجود كل من الليزر والإنترنت وشبكة Conan O'Brien شعر.حسنًا ، لقد كان 80،000 كيلومتر في الثانية بطيئًا جدًا ، ولكن نظرًا لحالة العلم والتكنولوجيا في ذلك الوقت ، كان هذا مثيرًا للإعجاب بشكل كبير ، خاصة إذا أخذنا بعين الاعتبار أنه كان يعمل في المقام الأول من حدسٍ واحد.

والأمر الأكثر مدعاة للإعجاب هو أن السبب وراء تقدير رومر لكونه بطيئًا قليلاً ، يُعتقد أنه لا علاقة له بأي خطأ من جانبه ، وأكثر من ذلك هو حقيقة أن القطر المقبول بشكل شائع لمداري الأرض والمشتري توقف عندما قام رومر بحساباته. يعني نعم ، كان رومر خطأ فقط بسبب آخر لم يكن الناس رائعين في مجال العلوم كما كان. في الواقع ، إذا قمت بتدوير الأرقام الصحيحة في المدار في ما يعتقد أنه حساباته الأصلية من التقارير قبل أن يتم تدمير أوراقه في النار المذكورة أعلاه ، فإن تقديره على الفور تقريبا.

لذا على الرغم من أنه كان خاطئًا من الناحية الفنية وعلى الرغم من أن جيمس برادلي توصل إلى رقم أكثر دقة في عام 1729 ، فإن رومر سوف يسجل التاريخ باعتباره الرجل الذي أثبت أولاً أن سرعة الضوء لم تكن لانهائية وعملت على تشكيل رقم منطقي دقيق بشكل معقول على ما كانت السرعة بالضبط من خلال مراقبة تحركات بقعة صغيرة تدور حول كرة غازية عملاقة على بعد حوالي 780 مليون كيلومتر. هذا الحق السيدات والسادة هو كيف بدس ، تفتقر إلى الليزر ، والعلوم.

حقائق المكافأة:

• الطاقة اللازمة لوقف الأرض تدور حول الشمس حوالي 2.6478 × 10 ^ 33 جول أو 7.3551 × 10 ^ 29 واط ساعة أو 6.3285 * 10 ^ 17 ميغا طن من مادة تي إن تي. وكمرجع ، فإن أكبر انفجار نووي تم تفجيره على الإطلاق ("القيصر بومبا" من قبل الاتحاد السوفييتي) "فقط" أنتج 50 ميغا طن من طاقة تي إن تي. لذا ، فإن الأمر يحتاج إلى حوالي 12،657،000،000،000،000 من تلك القنابل النووية التي تم تفجيرها في الموقع الصحيح لمنع الأرض من الدوران حول الشمس.
• وبصرف النظر عن الجدل حول ما إذا كانت سرعة الضوء لا نهائية أم لا ، فإن النقاش الجماهيري المشترك عبر التاريخ هو ما إذا كان الضوء قد نشأ في العين نفسها أم من شيء آخر. من بين العلماء المشهورين للاعتقاد في نظرية "الضوء المنبعث من العين" كانت Ptolemy و Euclid. يعتقد معظم الذين ظنوا أن هذه النظرية صحيحة أيضا أن سرعة الضوء يجب أن تكون بلا حدود ، لأن اللحظة التي نفتح فيها أعيننا ، يمكننا أن نرى عددًا كبيرًا من النجوم في سماء الليل وهذا العدد لا يزيد من طول نظرتنا ، ما لم يكن بالطبع كنا ننظر في السابق إلى ضوء ساطع وعيوننا تتكيف مع الظلام.