Oikeasti miten? Kuinka mitata suurin nopeus Universumi vaatimattomissa maallisissa olosuhteissamme? Meidän ei enää tarvitse raahata aivojamme tästä - loppujen lopuksi useiden vuosisatojen ajan niin monet ihmiset ovat työskennelleet tämän asian parissa kehittäen menetelmiä valonnopeuden mittaamiseen. Aloitetaan tarina järjestyksessä.

Valon nopeus– sähkömagneettisten aaltojen etenemisnopeus tyhjiössä. Se on merkitty latinalaisella kirjaimella c. Valon nopeus on noin 300 000 000 m/s.

Aluksi kukaan ei ajatellut valonnopeuden mittaamista. Valoa on - se on hienoa. Sitten, antiikin aikakaudella, tiedefilosofien keskuudessa vallitsi mielipide, että valon nopeus on ääretön, eli hetkellinen. Sitten se tapahtui Keskiaika inkvisition kanssa, kun ajattelevien ja edistyksellisten ihmisten pääkysymys oli "Kuinka välttää tuleen joutumista?" Ja vain aikakausina renessanssi Ja Valaistuminen Tiedemiesten mielipiteet moninkertaistuivat ja tietysti jakautuivat.

Niin, Descartes, Kepler Ja Maatila olivat samaa mieltä antiikin tiedemiesten kanssa. Mutta hän uskoi, että valon nopeus on rajallinen, vaikkakin erittäin suuri. Itse asiassa hän teki ensimmäisen valonnopeuden mittauksen. Tarkemmin sanottuna hän teki ensimmäisen yrityksen mitata sitä.

Galileon kokeilu

Kokea Galileo Galilei oli loistava yksinkertaisuudessaan. Tiedemies suoritti kokeen valonnopeuden mittaamiseksi yksinkertaisilla improvisoiduilla keinoilla. Suurella ja tunnetulla etäisyydellä toisistaan, eri kukkuloilla, Galileo ja hänen avustajansa seisoivat sytytettyjen lyhtyjen kanssa. Toinen heistä avasi lyhdyn sulkimen, ja toisen piti tehdä samoin, kun hän näki ensimmäisen lyhdyn valon. Tietäen etäisyyden ja ajan (viive ennen kuin avustaja avaa lyhdyn), Galileo odotti laskevan valon nopeuden. Valitettavasti tämän kokeilun onnistumiseksi Galileon ja hänen avustajansa piti valita kukkulat, jotka olivat useiden miljoonien kilometrien päässä toisistaan. Muistutan, että voit täyttää verkkosivuilla olevan hakemuksen.

Roemer ja Bradley kokeiluja

Ensimmäinen onnistunut ja yllättävän tarkka koe valonnopeuden määrittämiseksi oli tanskalaisen tähtitieteilijän tekemä Olaf Roemer. Roemer käytti tähtitieteellistä menetelmää valonnopeuden mittaamiseen. Vuonna 1676 hän tarkkaili Jupiterin satelliittia Io kaukoputken läpi ja havaitsi, että satelliitin pimennysaika muuttuu, kun maa siirtyy pois Jupiterista. Suurin viive oli 22 minuuttia. Römer jakoi halkaisijan likimääräisen arvon viiveellä ja sai arvon 214 000 kilometriä sekunnissa. Tietenkin tällainen laskelma oli erittäin karkea, planeettojen väliset etäisyydet tiedettiin vain likimääräisesti, mutta tulos osoittautui suhteellisen lähellä totuutta.

Bradleyn kokemus. Vuonna 1728 James Bradley arvioi valon nopeuden tarkkailemalla tähtien aberraatiota. Lyhennys on tähtien näennäisen sijainnin muutos, joka johtuu maan liikkeestä sen kiertoradalla. Tietäen Maan nopeuden ja mittaamalla aberraatiokulman Bradley sai arvon 301 000 kilometriä sekunnissa.

Fizeaun kokemus

Tuon ajan tieteellinen maailma reagoi epäluuloisesti Roemerin ja Bradleyn kokeen tulokseen. Bradleyn tulos oli kuitenkin tarkin yli sataan vuoteen, aina vuoteen 1849 asti. Tuona vuonna ranskalainen tiedemies Armand Fizeau mittasi valon nopeuden pyörivällä suljinmenetelmällä, ilman taivaankappaleiden havainnointia, mutta täällä maan päällä. Itse asiassa tämä oli ensimmäinen laboratoriomenetelmä valonnopeuden mittaamiseksi Galileon jälkeen. Alla on kaavio sen laboratorion asetuksista.

Peilistä heijastunut valo kulki pyörän hampaiden läpi ja heijastui toisesta peilistä, joka oli 8,6 kilometrin päässä. Pyörän nopeutta nostettiin, kunnes valo tuli näkyviin seuraavassa raossa. Fizeaun laskelmat antoivat tulokseksi 313 000 kilometriä sekunnissa. Vuotta myöhemmin samanlaisen kokeen pyörivällä peilillä suoritti Leon Foucault, joka sai tulokseksi 298 000 kilometriä sekunnissa.

Maserien ja lasereiden myötä ihmisillä on uusia mahdollisuuksia ja tapoja mitata valon nopeutta, ja teorian kehittyminen mahdollisti myös valonnopeuden epäsuoran laskemisen ilman suoria mittauksia.

Tarkin valonnopeuden arvo

Ihmiskunnalla on valtava kokemus valonnopeuden mittaamisesta. Nykyään valonnopeuden tarkimmaksi arvoksi pidetään 299 792 458 metriä sekunnissa, vastaanotettu vuonna 1983. On mielenkiintoista, että valonnopeuden tarkempi mittaus osoittautui mahdottomaksi mittausvirheiden vuoksi metriä. Tällä hetkellä metrin arvo on sidottu valon nopeuteen ja se on yhtä suuri kuin matka, jonka valo kulkee 1/299 792 458 sekunnissa.

Lopuksi, kuten aina, suosittelemme katsomaan opetusvideon. Ystävät, vaikka edessäsi on sellainen tehtävä kuin valonnopeuden itsenäisen mittaaminen improvisoiduilla keinoilla, voit turvallisesti kääntyä kirjoittajien puoleen saadaksesi apua. Voit täyttää hakemuksen Kirjeenvaihtoopiskelijan verkkosivuilla. Toivotamme sinulle mukavaa ja helppoa opiskelua!

Kauan ennen kuin tiedemiehet mittasivat valon nopeuden, heidän täytyi työskennellä kovasti määritelläkseen "valon" käsitteen. Tätä mietti ensimmäisten joukossa Aristoteles, joka piti valoa eräänlaisena avaruudessa leviävän liikkuvana aineena. Hänen muinainen roomalainen kollegansa ja seuraajansa Lucretius Carus vaati valon atomirakennetta.

1600-luvulle mennessä valon luonteesta oli muodostunut kaksi pääteoriaa - korpuskulaarinen ja aalto. Newton oli yksi ensimmäisen kannattajista. Hänen mielestään kaikki valonlähteet lähettävät pieniä hiukkasia. "Lennon" aikana ne muodostavat valoisia viivoja - säteitä. Hänen vastustajansa, hollantilainen tiedemies Christiaan Huygens, väitti, että valo on eräänlainen aaltoliike.

Vuosisatoja kestäneiden kiistojen seurauksena tiedemiehet ovat päässeet yksimielisyyteen: molemmilla teorioilla on oikeus elämään, ja valo on silmällä näkyvä sähkömagneettisten aaltojen spektri.

Hieman historiaa. Miten valon nopeus mitattiin

Useimmat muinaiset tiedemiehet olivat vakuuttuneita siitä, että valon nopeus on ääretön. Kuitenkin Galileon ja Hooken tutkimustulokset mahdollistivat sen äärimmäisen luonteen, jonka erinomainen tanskalainen tähtitieteilijä ja matemaatikko Olaf Roemer vahvisti selvästi 1600-luvulla.

Hän teki ensimmäiset mittauksensa tarkkailemalla Jupiterin satelliitin Ion pimennystä aikana, jolloin Jupiter ja Maa sijaitsivat vastakkaisilla puolilla aurinkoon nähden. Roemer kirjasi, että kun maa siirtyi pois Jupiterista etäisyyden verran, joka vastaa maan kiertoradan halkaisijaa, viiveaika muuttui. Suurin arvo oli 22 minuuttia. Laskelmien tuloksena hän sai nopeudeksi 220 000 km/s.

50 vuotta myöhemmin vuonna 1728 englantilainen tähtitieteilijä J. Bradley "jalosti" tämän luvun aberraation löydön ansiosta 308 000 km/s. Myöhemmin ranskalaiset astrofyysikot François Argot ja Leon Foucault mittasivat valon nopeuden, jolloin nopeus oli 298 000 km/s. Vielä tarkempaa mittaustekniikkaa ehdotti interferometrin luoja, kuuluisa amerikkalainen fyysikko Albert Michelson.

Michelsonin koe valonnopeuden määrittämiseksi

Kokeet kestivät vuosina 1924-1927 ja koostuivat viidestä havaintosarjasta. Kokeen ydin oli seuraava. Valonlähde, peili ja pyörivä kahdeksankulmainen prisma asennettiin Mount Wilsonille Los Angelesin läheisyyteen, ja heijastava peili asennettiin 35 km myöhemmin Mount San Antoniolle. Ensin valo linssin ja raon läpi osui prismaan, joka pyörii nopealla roottorilla (nopeudella 528 rps).

Kokeisiin osallistujat saattoivat säätää pyörimisnopeutta niin, että valonlähteen kuva näkyi selvästi okulaarista. Koska kärkien välinen etäisyys ja pyörimistaajuus olivat tiedossa, Michelson määritti valon nopeudeksi 299 796 km/s.

Tiedemiehet päättivät lopulta valon nopeudesta 1900-luvun jälkipuoliskolla, jolloin luotiin maserit ja laserit, joille on ominaista suurin säteilytaajuuden vakaus. 70-luvun alkuun mennessä mittausvirhe oli pudonnut 1 km/s. Tämän seurauksena vuonna 1975 pidetyn XV:n paino- ja mittakonferenssin suosituksesta päätettiin olettaa, että valon nopeus tyhjiössä on nyt 299792,458 km/s.

Onko valon nopeus saavutettavissa meille?

On selvää, että maailmankaikkeuden kaukaisten kulmien tutkiminen on mahdotonta ajatella ilman valtavalla nopeudella lentäviä avaruusaluksia. Mieluiten valonnopeudella. Mutta onko tämä mahdollista?

Valon nopeus este on yksi suhteellisuusteorian seurauksista. Kuten tiedät, nopeuden lisääminen vaatii lisää energiaa. Valon nopeus vaatisi käytännössä ääretöntä energiaa.

Valitettavasti fysiikan lait vastustavat tätä jyrkästi. Avaruusaluksen nopeudella 300 000 km/s sitä kohti lentävät hiukkaset, esimerkiksi vetyatomit, muuttuvat tappavaksi voimakkaan säteilyn lähteeksi, joka vastaa 10 000 sieverttiä/s. Tämä on suunnilleen sama kuin olla Large Hadron Colliderin sisällä.

Johns Hopkinsin yliopiston tutkijoiden mukaan luonnossa ei ole riittävää suojaa tällaista hirviömäiseltä kosmiselta säteilyltä. Aluksen tuhoaminen täydentää tähtienvälisen pölyn vaikutuksista johtuva eroosio.

Toinen valonnopeuden ongelma on ajan laajeneminen. Vanhuus pitenee paljon. Myös näkökenttä vääristyy, minkä seurauksena aluksen lentorata kulkee kuin tunnelin sisällä, jonka päässä miehistö näkee loistavan välähdyksen. Laivan takana vallitsee täydellinen pilkkopimeys.

Joten lähitulevaisuudessa ihmiskunnan on rajoitettava nopeus "nopeutensa" 10 prosenttiin valon nopeudesta. Tämä tarkoittaa, että kestää noin 40 vuotta lentää Maata lähimpään tähteen, Proxima Centauriin (4,22 valovuotta).

1) Tanskalainen tiedemies Roemer mittasi valon nopeuden ensimmäisen kerran vuonna 1676 tähtitieteellisellä menetelmällä. Hän ajoitti ajan, jolloin Jupiterin suurin kuu, Io, oli tämän valtavan planeetan varjossa.

Roemer teki mittauksia sillä hetkellä, kun planeettamme oli lähinnä Jupiteria, ja hetkellä, jolloin olimme tähtitieteellisesti vähän kauempana Jupiterista. Ensimmäisessä tapauksessa taudinpurkausten välinen aika oli 48 tuntia 28 minuuttia. Toisessa tapauksessa satelliitti oli 22 minuuttia myöhässä. Tästä pääteltiin, että valo tarvitsi 22 minuuttia kulkeakseen etäisyyden edellisestä havainnosta nykyiseen havaintoon. Siten teoria valon äärellisestä nopeudesta todistettiin ja sen nopeudeksi laskettiin noin 299 800 km/s.

2) Laboratoriomenetelmän avulla voit määrittää valon nopeuden lyhyellä etäisyydellä ja suurella tarkkuudella. Ensimmäiset laboratoriokokeet suoritti Foucault ja sitten Fizeau.

Tiedemiehet ja heidän kokeilunsa

O. K. Roemer määritti valon nopeuden ensimmäisen kerran vuonna 1676 Jupiterin satelliittien pimennysten välisten aikavälien muutoksen perusteella. Vuonna 1728 sen perusti J. Bradley havaintojensa perusteella tähtien valon aberraatiosta. Vuonna 1849 A.I.L. Fizeau mittasi ensimmäisenä valon nopeuden ajan kuluessa, joka kuluu kulkemaan tarkasti tunnetun matkan (kanta), koska ilman taitekerroin poikkeaa hyvin vähän arvosta 1, maamittaukset antavat arvon hyvin. lähellä nopeutta.

Fizeaun kokemus

Fizeau-koe on Louis Fizeaun vuonna 1851 suorittama koe valonnopeuden määrittämiseksi liikkuvissa aineissa (kappaleissa). Koe osoittaa nopeuksien relativistisen summauksen vaikutuksen. Fizeaun nimi liittyy myös ensimmäiseen valonnopeuden laboratoriokokeeseen.

Fizeaun kokeessa valonlähteestä S tuleva valonsäde, joka heijastui läpikuultavasta peilistä 3, keskeytettiin ajoittain pyörivällä hammaslevyllä 2, kuljetettiin alustan 4-1 läpi (noin 8 km) ja heijastuu peilistä 1. levylle. Kun valo osui hampaan, se ei saavuttanut tarkkailijaa ja hampaiden väliin pudonnut valo oli havaittavissa okulaarin 4 kautta. Levyn tunnettujen pyörimisnopeuksien perusteella aika, joka kului valolta matka tukikohdan läpi päätettiin. Fizeau sai arvon c = 313300 km/s.

Foucaultin kokemus

Vuonna 1862 J. B. L. Foucault toteutti D. Argon vuonna 1838 ilmaiseman ajatuksen käyttämällä nopeasti pyörivää peiliä (512 kierrosta sekunnissa) hammaskiekon sijaan. Peilistä heijastuva valonsäde suuntautui alustaan ​​ja palattuaan taas putosi samaan peiliin, joka ehti kiertyä tietyn pienen kulman läpi. Vain 20 metrin pohjalla Foucault havaitsi, että valon nopeus on 298 000 500 km/s. Fizeaun ja Foucault'n menetelmien kaavioita ja perusideoita käytettiin toistuvasti myöhemmissä valonnopeuden määritystöissä.

Valonnopeuden määritys pyörivän peilin menetelmällä (Foucault-menetelmä): S – valonlähde; R – nopeasti pyörivä peili; C on kiinteä kovera peili, jonka keskipiste osuu yhteen pyörimisakselin R kanssa (joten C:n heijastama valo putoaa aina takaisin R:lle); M – läpikuultava peili; L – linssi; E – okulaari; RC – tarkasti mitattu etäisyys (kanta). Katkoviiva näyttää paikan R, joka on muuttunut sinä aikana, kun valo kulkee polkua RC ja takaisin, sekä säteen käänteisen polun linssin L läpi, joka kerää heijastuneen säteen pisteeseen S', ei pisteeseen S'. piste S, kuten paikallaan olevan peilin R tapauksessa. Valon nopeus määritetään mittaamalla siirtymä SS'.

A. Michelsonin vuonna 1926 saama arvo c = 299796 4 km/s oli tuolloin tarkin ja sisältyi kansainvälisiin fyysisten suureiden taulukkoihin. valonopeuksinen valokuitu

Valonnopeuden mittauksilla 1800-luvulla oli tärkeä rooli fysiikassa, mikä vahvisti entisestään valon aaltoteoriaa. Foucault'n 1850 vertailu samantaajuisen valon nopeudesta ilmassa ja vedessä osoitti, että nopeus vedessä on u = c/n(n), kuten aaltoteoria ennusti. Optiikan ja sähkömagnetismin teorian välille löydettiin myös yhteys: mitattu valon nopeus osui yhteen sähkömagneettisten aaltojen nopeuden kanssa, joka laskettiin sähkömagneettisten ja sähköstaattisten sähkövarauksen yksiköiden suhteesta.

Nykyaikaisissa valonnopeuden mittauksissa käytetään modernisoitua Fizeau-menetelmää, jossa hammaspyörä korvataan häiriöllä tai muulla valonsäteen kokonaan katkaisevalla tai vaimentavalla valomodulaattorilla. Säteilyvastaanotin on valokenno tai valosähköinen kertoja. Laserin käyttö valonlähteenä, ultraäänimodulaattorin stabiloitu taajuudella ja kantapituuden mittaustarkkuuden lisääminen vähentää mittausvirheitä ja saavuttaa arvon c = 299792,5 0,15 km/s. Tunnetun pohjan läpikulkuaikaan perustuvien suorien valonnopeuden mittausten lisäksi käytetään laajalti epäsuoria menetelmiä, jotka antavat suuremman tarkkuuden.

Arvon "c" tarkin mittaus on äärimmäisen tärkeää paitsi yleisteoreettisesti ja muiden fyysisten suureiden arvojen määrittämisessä, myös käytännön tarkoituksiin. Heille erityisesti. Viittaa etäisyyksien määrittämiseen radio- tai valosignaalien kulkuajassa tutka-, optinen etäisyys-, valoetäisyys- ja muissa vastaavissa mittauksissa.

Valoetäisyys

Valoetäisyysmittari on geodeettinen laite, jonka avulla voit mitata kymmenien (joskus satojen) kilometrien etäisyyksiä suurella tarkkuudella (jopa useisiin millimetreihin). Esimerkiksi etäisyysmittari mittaa etäisyyden Maan ja Kuun välillä useiden senttimetrien tarkkuudella.

Laseretäisyysmittari on laite etäisyyksien mittaamiseen lasersäteellä.

Ole Roemer määritti valon nopeuden ensimmäisen kerran vuonna 1676 Jupiterin Io-satelliitin pimennysten välisissä muutoksissa.

Tutustuimme valoilmiöön ensimmäisen kerran 9. luokalla. 11. luvulla alamme pohtia mielenkiintoisinta materiaalia valonnopeudesta.
Osoittautuu, että tämän ilmiön löytämisen historia ei ole vähemmän mielenkiintoinen kuin itse ilmiö.

Nopeasti kehittyvän kaupan tarpeet ja navigoinnin kasvava merkitys sai Ranskan tiedeakatemian aloittamaan maantieteellisten karttojen jalostamisen, mikä vaati erityisesti luotettavampaa tapaa määrittää maantieteellinen pituusaste. Ole Roemer, nuori tanskalainen tähtitieteilijä, kutsuttiin töihin Pariisin uuteen observatorioon.

Tiedemiehet ovat ehdottaneet joka päivä samaan aikaan havaittavan taivaanilmiön käyttöä Pariisin ajan ja aluksella olevan ajan määrittämiseen. Tästä ilmiöstä navigaattori tai maantieteilijä saattoi tunnistaa Pariisin ajan. Tällainen ilmiö, joka näkyy mistä tahansa merellä tai maalla, on yhden Jupiterin neljästä suuresta kuusta pimennys, jonka Galileo löysi vuonna 1609.

Satelliitti Io kulki planeetan edestä, syöksyi sitten sen varjoon ja katosi näkyvistä. Sitten hän ilmestyi jälleen kuin vilkkuva lamppu. Kahden taudinpurkauksen välinen aika oli 42 tuntia 28 minuuttia. Samat kuusi kuukautta myöhemmin tehdyt mittaukset osoittivat, että satelliitti oli myöhässä ja nousi varjoista 22 minuuttia myöhemmin verrattuna ajanhetkeen, joka voidaan laskea Ion kiertoradan tiedon perusteella. Nopeudella on epätarkka tulos johtuen viiveajan virheellisestä määrityksestä.

Vuonna 1849 ranskalainen fyysikko Armand Hippolyte Louis Fizeau suoritti laboratoriokokeen valonnopeuden mittaamiseksi. Fizeau-asennusparametrit ovat seuraavat. Valonlähde ja peili sijaitsivat Fizeaun isän talossa lähellä Pariisia ja peili 2 sijaitsi Montmartressa. Peilien välinen etäisyys oli 8,66 km, pyörässä oli 720 hammasta. Se pyöri kellomekanismin vaikutuksesta, jota ohjasi laskeva paino. Fizeau havaitsi kierroslukulaskurin ja kronometrin avulla, että ensimmäinen sähkökatkos tapahtui pyörän nopeudella 12,6 rps.

Lähteestä tuleva valo kulki pyörivän pyörän hampaiden läpi ja palasi peilistä heijastuneena takaisin hammaspyörään. Oletetaan, että hammaspyörän hammas ja ura ovat yhtä leveitä ja pyörän uran paikan viereinen hammas. Sitten hammas estää valon ja okulaari tummuu. Fizeau sai pyörivällä suljinmenetelmällä valon nopeudeksi: 3.14.105 km/s.

Keväällä 1879 New York Times raportoi: ”Amerikan tieteelliseen horisonttiin on ilmestynyt uusi kirkas tähti, merivoimien nuorempi luutnantti, Annapoliksen meriakatemiasta valmistunut Albert Michelson, joka ei ole vielä 27-vuotias. vuotta vanha, on saavuttanut erinomaista menestystä optiikan alalla: hän mittasi valon nopeuden! On huomionarvoista, että Albertilta kysyttiin akatemian loppukokeissaan kysymys valonnopeuden mittaamisesta. Kuka olisi voinut kuvitella, että Michelson itse menisi lyhyessä ajassa fysiikan historiaan valonnopeuden metrinä.

Ennen Michelsonia vain harvat (kaikki olivat ranskalaisia) onnistuivat mittaamaan sen maallisin keinoin. Ja Amerikan mantereella kukaan ei ollut edes yrittänyt tätä vaikeaa kokeilua ennen häntä.

Michelson-installaatio sijaitsi kahdella vuorenhuipulla, joita erottaa 35,4 km:n etäisyys. Peili oli kahdeksankulmainen teräsprisma Mount San Antoniolla Kaliforniassa, ja itse asennus sijaitsi Mount Wilsonilla. Prismasta heijastuneen valonsäde osui peilijärjestelmään, joka palautti sen takaisin. Jotta säde osuisi tarkkailijan silmään, pyörivän prisman tulee ehtiä pyöriä vähintään 1/8 kierroksesta sinä aikana, kun valo kulkee edestakaisin.

Michelson kirjoitti: "Se tosiasia, että valon nopeus on luokka, johon ihmisen mielikuvitus ei pääse käsiksi ja että toisaalta se voidaan mitata poikkeuksellisen tarkasti, tekee sen määrittelystä yhden kiehtovimmista ongelmista, joita tutkija voi kohdata.
Tarkimman valonnopeuden mittauksen saivat vuonna 1972 amerikkalainen tiedemies K. Evenson ja hänen kollegansa. Lasermittauksen taajuuden ja aallonpituuden riippumattomien mittausten tuloksena ne saivat arvon 299792456,2 ± 0,2 m/s.

Kuitenkin vuonna 1983 Mittareiden yleiskokouksen kokouksessa hyväksyttiin uusi mittarin määritelmä (tämä on valon tyhjiössä kulkeman polun pituus 1/299 792 458 sekunnissa), josta alkaen tästä seuraa, että valon nopeus tyhjiössä on täysin täsmälleen yhtä suuri kuin c = 299 792 458 m/s.

1676 - Ole Roemer - tähtitieteellinen menetelmä
s = 2,22,108 m/s

1849 - Louis Fizeau - laboratoriomenetelmä
s = 3,12,108 m/s

1879 Albert Michelson - laboratoriomenetelmä
C = 3 001,108 m/s

1983 Painojen ja mittojen yleiskokous
s = 299792458 m/s

Valon nopeus tyhjiössä on "täsmälleen 299 792 458 metriä sekunnissa". Nykyään voimme nimetä tämän luvun tarkasti, koska valon nopeus tyhjiössä on universaali vakio, joka mitattiin laserilla.

Kun kyse on tämän työkalun käytöstä kokeessa, on vaikea väittää tuloksista. Mitä tulee siihen, miksi valon nopeus mitataan sellaisella kokonaisluvulla, ei ole yllättävää: metrin pituus määritetään seuraavalla vakiolla: "Valon kulkeman polun pituus tyhjiössä 1:n aikavälissä /299 792 458 sekuntia."

Pari sataa vuotta sitten päätettiin tai ainakin oletettiin, että valon nopeudella ei ole rajaa, vaikka itse asiassa se on yksinkertaisesti erittäin suuri. Jos vastaus määrittäisi, tulisiko hänestä Justin Bieberin tyttöystävä, moderni teini vastaisi tähän kysymykseen: "Valon nopeus on hieman hitaampi kuin maailmankaikkeuden nopein asia."

Ensimmäinen, joka käsitteli kysymystä valonnopeuden äärettömyydestä, oli filosofi Empedokles 500-luvulla eKr. Vielä vuosisataa myöhemmin Aristoteles oli eri mieltä Empedokleen lausunnosta, ja kiista jatkuisi yli 2000 vuotta.

Hollantilainen tiedemies Isac Backman oli ensimmäinen tunnettu tiedemies, joka teki todellisen kokeen testatakseen valon nopeutta vuonna 1629. Eläessään vuosisadalla kaukana laserin keksimisestä, Backman tajusi, että kokeen perustan tulisi olla mistä tahansa alkuperästä peräisin oleva räjähdys, joten hän käytti kokeissaan räjähtävää ruutia.

Backman asetti peilit eri etäisyyksille räjähdyksestä ja kysyi myöhemmin katsovilta ihmisiltä, ​​näkivätkö he eron kussakin peilissä heijastuneen valon välähdyksen havaitsemisessa. Kuten arvata saattaa, kokeilu oli "epäselvä". Samankaltaisen, tunnetuimman kokeen, mutta ilman räjähdystä, Galileo Galilei saattoi suorittaa tai ainakin keksiä vasta kymmenen vuotta myöhemmin, vuonna 1638. Galileo, kuten Backman, epäili, että valon nopeus ei ollut ääretön, ja joissakin teoksissaan hän viittasi kokeen jatkamiseen, mutta taskulamppujen osallistumiseen. Kokeessaan (jos hän koskaan teki sellaisen!) hän asetti kaksi valoa mailin etäisyydelle toisistaan ​​ja yritti nähdä, oliko viivettä. Kokeen tulos oli myös epäselvä. Ainoa asia, jonka Galileo saattoi ehdottaa, oli, että jos valo ei ollut ääretöntä, se oli liian nopeaa, ja niin pienessä mittakaavassa suoritetut kokeet olivat tuomittuja epäonnistumaan.

Tämä jatkui, kunnes tanskalainen tähtitieteilijä Olaf Roemer aloitti vakavia kokeita valonnopeudella. Galileon lyhtymäen kokeet näyttivät lukion tiedeprojektilta Roemerin kokeisiin verrattuna. Hän päätti, että koe tulisi suorittaa ulkoavaruudessa. Siten hän keskitti huomionsa planeettojen tarkkailuun ja esitteli innovatiiviset näkemyksensä 22. elokuuta 1676.

Erityisesti tutkiessaan yhtä Jupiterin kuita Roemer huomasi, että pimennysten välinen aika vaihtelee vuoden aikana (riippuen siitä, liikkuuko Jupiter Maata kohti vai poispäin siitä). Tästä kiinnostuneena Roemer teki tarkkaan muistiinpanoja ajat, jolloin hänen tarkkailemansa kuu, Io, tuli näkyviin, ja vertasi noita aikoja verrattuna aikoihin, jolloin sitä normaalisti odotettaisiin. Jonkin ajan kuluttua Roemer huomasi, että aivan kun Maa tuli kauemmaksi Jupiterista kiertäessään Aurinkoa, Ion näkymisen aika jäisi vielä enemmän jäljessä aikaisemmista tietueista. Roemer (oikein) teorian, että tämä johtuu siitä, että valolla kestää kauemmin kulkea etäisyys Maasta Jupiteriin, kun itse etäisyys kasvaa.

Valitettavasti hänen laskelmansa katosivat Kööpenhaminan tulipalossa vuonna 1728, mutta meillä on paljon tietoa hänen löydöstään hänen aikalaistensa tarinoista sekä muiden Roemerin laskelmia töissään käyttäneiden tutkijoiden raporteista. Niiden ydin on, että monien Maan halkaisijaan ja Jupiterin kiertorataan liittyvien laskelmien avulla Roemer pystyi päättelemään, että valolla kuluisi noin 22 minuuttia kulkeakseen matkaa, joka on yhtä suuri kuin Maan Auringon ympäri kulkevan kiertoradan halkaisija. Christiaan Huygens muuntaa nämä laskelmat myöhemmin ymmärrettävämmiksi lukuiksi osoittaen, että Roemer arvioi valon kulkevan noin 220 000 kilometriä sekunnissa. Tämä luku eroaa edelleen paljon nykyaikaisista tiedoista, mutta palaamme niihin pian.

Kun Roemerin yliopistokollegat ilmaisivat huolensa hänen teoriastaan, hän sanoi heille rauhallisesti, että 9. marraskuuta 1676 tapahtuva pimennys tapahtuisi 10 minuuttia myöhemmin. Kun tämä tapahtui, epäilijät hämmästyivät, koska taivaankappale vahvisti hänen teoriansa.

Roemerin kollegat olivat erittäin hämmästyneitä hänen laskelmistaan, sillä hänen arviotaan valonnopeudesta pidetään vielä nykyäänkin yllättävän tarkana, kun otetaan huomioon, että se tehtiin 300 vuotta ennen lasereiden ja Internetin keksimistä. Vaikka 80 000 kilometriä onkin liian hidasta, tuolloin tieteen ja tekniikan tila huomioon ottaen tulos on todella vaikuttava. Lisäksi Roemer luotti vain omiin arvauksiinsa.

Vielä yllättävämpää on, että syy liian alhaiseen nopeuden ei ollut Roemerin laskelmissa, vaan siinä, että hänen laskelmiaan suorittaessaan ei ollut tarkkaa tietoa Maan ja Jupiterin kiertoradoista. Tämä tarkoittaa, että tiedemies teki virheen vain siksi, että muut tiedemiehet eivät olleet yhtä älykkäitä kuin hän. Joten jos laitat nykyiset nykytiedot alkuperäisiin laskelmiin, joita hän teki, valonnopeuslaskelmat ovat oikein.

Vaikka laskelmat olivat teknisesti virheellisiä ja James Bradley löysi tarkemman määritelmän valonnopeudelle vuonna 1729, Roemer meni historiaan ensimmäisenä ihmisenä, joka todisti valonnopeuden määrittämisen. Hän teki tämän tarkkailemalla jättiläismäisen kaasumaisen pallon liikettä, joka sijaitsee noin 780 miljoonan kilometrin etäisyydellä Maasta.