|
Скорость света
Скорость света - одна из важнейших физических величин, которые называются
фундаментальными постоянными. Выразить ее через другие постоянные невозможно,
поэтому единственным способом определения скорости света является эксперимент.
Первую попытку определить скорость света предпринял Галилей в 1607 г. Однако оно
слишком грубым и неточным, при огромной скорости света фактически измерялось не
время распространения светового сигнала, а время, потраченное на реакцию.
Поскольку реакция считалась мгновенной, то можно было прийти к выводу о
бесконечной скорости света.
Первое реальное измерение скорости света осуществил в 1676 г. Рѐмер,
наблюдая затмения спутников Юпитера.
Объектом исследования Рѐмера был один из известных тогда четырех спутников
- Ио. Наблюдая достаточно долго за его обращением, можно с большой точностью
определить, когда спутник, вначале закрытый тенью Юпитера, будет виден
наблюдателю с Земли. По расчетам Рѐмера наблюдение затмений спутника Ио
происходит с запаздыванием, вызванным тем, что свет распространяется с конечной
скоростью. На основе данных того времени о диаметре орбиты Земли и результатов
своих наблюдений он вычислил значение скорости света: с = 301·10
6
м/с. Расчеты
Рѐмера были не очень точными, но они впервые показали, что для определения
движения планет и их спутников необходимо учитывать конечную величину скорости
распространения света. Доклад Рѐмера по этому вопросу в Парижской академии наук
вызвал бурю протеста, поскольку его вывод противоречил принятым тогда во
Франции воззрениям Декарта. Лишь Гюйгенс поддержал Рѐмера, поскольку видел в
его открытии веский аргумент в пользу волновых представлений о свете. В 1725-1728
гг. был использован другой астрономический метод, основанный на наблюдениях
аберрации звезд – видимого годичного смещения звезд. Из этих измерений следовало,
что скорость света равна с = 308 000 км/с. Более ста лет спустя российский астроном
В.Я. Струве значительно улучшил точность подобных измерений.
Лабораторные методы измерения скорости света по существу основаны на
усовершенствовании метода Галилея. Первое лабораторное измерение скорости света
выполнил в 1849 г. французский физик Физо, используя метод зубчатого колеса. По
его измерениям с =(315 300 ±500) км/с.
Французский физик Мари Альфред Корню (1841-1902), оценивая значение
метода Физо, говорил, что этот метод «был первым по времени методом, позволившим
измерить скорость света на поверхности Земли без привлечения к этому
астрономических явлений. Это - первостепенное открытие не только по трудности
решенной задачи, но также благодаря осуществлению оптической установки,
изумительной по тонкости и точности... Создать светящуюся почти
микроскопическую точку между зубцами колеса, направить выходящий из нее
расходящийся пучок на несколько десятков километров, заставить его там
отразиться от зеркала и вернуть его к исходной точке - это результат, который
был бы признан невозможным, вероятно, даже абсурдным, если бы он был предложен
до своей реализации».
В 1850 г. французский физик Жан Фуко (1819-1868) по инициативе Араго
разработал метод измерения скорости света с помощью вращающегося зеркала, и
измерил скорость света в воздухе и воде. Согласно его измерениям скорость света в
воде составила ¾
скорости света в воздухе. Это окончательно подтвердило волновую
теорию света. В 1862 г. он возобновил измерения скорости света в воздухе и
получил для нее значение с == (298 000 ± 500) км/с. В дальнейшем измерения по
методу вращающегося зеркала привели к следующим результатам:
Ньюкомб (1891г.) - с =299 810 ±50 км/с.
Майкельсон (1902г.) - с = 299 890 ± 60 км/с.
Майкельсон (1926г.) - с = 299 796 ± 4 км/с.
Использование микроволновой интерферометрии позволило существенно
повысить точность измерений: с = (299 792,2 ± 0,2) км/с (Фрум, 1958). Наиболее
точную величину скорости света определили с помощью независимых измерений
длины волны и частоты лазерного излучения: с = (299 792,4562 ± 0,0011) км/с
(Ивенсон, 1972).
По соглашению метрологов с 1983 г. принято, что скорость света имеет точное
значение с = 299 792 458 м/с. Дело в том, что необходимо было согласовать эталоны
длины и времени. За единицу длины 1 м принимается длина пути, который проходит
свет за время равное 1/(299 792 458) с. Согласованность результатов измерений
скорости света разными методами является новым убедительным доказательством
правильности идеи Максвелла об электромагнитной природе света, которая им была
высказана лишь на основе грубо установленного в то время равенства скорости света и
электродинамической постоянной.
Лабораторные методы измерения скорости света позволили также
непосредственно проверить закон преломления света с помощью измерения
показателя преломления.
Do'stlaringiz bilan baham: |
