De snelheid van het licht is ook een belangrijke parameter van licht; de bepaling ervan in de geschiedenis van de ontwikkeling van de optica heeft een zeer bijzondere en belangrijke betekenis, niet alleen om de diepgaande ontwikkeling van optische experimenten te bevorderen, maar ook om het traditionele concept van de optica te doorbreken. snelheid van het licht oneindig. Bij de ontwikkeling van de theoretische studie van de natuurkunde biedt de bepaling van de lichtsnelheid voor de deeltjestheorie en de fluctuatietheorie van het debat een basis voor oordeel, en bevordert uiteindelijk de ontdekking en ontwikkeling van Einsteins relativiteitstheorie.
Hoe de snelheid van het licht wordt gemeten
1. Proloog tot het meten van de snelheid van het licht
Er was een discussie in de natuurkunde over de snelheid van het licht. Zowel Kepler als Descartes geloofden dat licht zich zonder tijd en in een oogwenk voortbeweegt. Galileo geloofde dat de snelheid van het licht, hoewel ongewoon snel, gemeten kon worden, en in 1607 voerde Galileo het eerste experiment uit om de snelheid van het licht te meten. De meetmethode van Galileo is om twee mensen 1,6093 km uit elkaar te laten staan op de top van twee bergen, elk met een lamp, waarbij de eerste persoon de lamp optilde, toen de tweede persoon zag dat de lamp van de eerste persoon onmiddellijk zijn eigen lamp ophief, van de eerste persoon die de lamp opheft om de lamp van de tweede persoon te zien, is het interval tussen de lichtvoortplantingstijd, en dan, afhankelijk van de afstand tussen de twee plaatsen, in staat zal zijn om de snelheid van de lichtvoortplanting te krijgen. Vanwege de snelheid van de voortplanting van het licht is de voortplanting echter te snel en moet de waarnemer ook een bepaalde reactietijd hebben, dus de pogingen van Galileo zijn niet gelukt, maar het experiment van Galileo is de opening van de menselijke geschiedenis over de voortplantingssnelheid van het licht om de snelheid van de voortplanting van het licht te meten. voorbode van de studie.
2. Astronomische metingen
In 1676 stelde de Deense astronoom Rømer voor het eerst een effectievere methode voor om de lichtsnelheid te meten. Elk periodiek proces kan als "klok" worden gebruikt, en hij slaagde erin de klok van Jupiter te vinden, die heel ver van de aarde verwijderd is: een satelliet die elke bepaalde periode door Jupiter wordt overschaduwd. Hij merkte op dat de tijd tussen twee opeenvolgende satellietverduisteringen, wanneer de aarde zich terugtrekt van de beweging van Jupiter, dan de beweging van de aarde richting Jupiter langer is dan het tijdsverschil van ongeveer 15 seconden. Romer door de observatie van de satellietverduisteringen van Jupiter en de baandiameter van de aarde met de snelheid van het licht: 214.300 km per seconde. deze waarde van de lichtsnelheid van de nauwkeurigheid van de waarde van het verschil is erg groot, maar dit is niet de meetmethode klopt niet, het belangrijkste is dat de dan weet dat de straal van de baan van de aarde slechts een benadering is, terwijl de meting van de periode van satellietverduistering niet nauwkeurig genoeg is. Later gebruikten wetenschappers de fotografische methode om de tijd van de satellietverduisteringen van Jupiter te meten, en de nauwkeurigheid van de meting van de baanradius van de aarde werd verbeterd. Met behulp van de Romer-methode om te ontdekken dat de snelheid van de voortplanting van het licht 299840 per seconde (60 km) bedraagt, zeer dichtbij de nauwkeurige waarde van de moderne laboratoriummetingen.
In 1728 mat de Engelse astronoom Bradley de snelheid van het licht met behulp van de methode van lichtreizende verschil tussen sterren. Terwijl hij sterren op aarde observeerde, merkte Bradley op dat de schijnbare posities van de sterren voortdurend veranderden, en dat binnen een jaar alle sterren een week lang rond een ellips met gelijke halve lengte-assen rond het zenit leken te draaien. Hij schreef dit fenomeen toe aan het feit dat het enige tijd duurde voordat het licht van de sterren naar de grond reisde, en dat gedurende deze tijd de aarde van positie was veranderd door rotatie, van waaruit hij de snelheid van het licht mat op 299.930 km per uur. seconde.
3. Tandwielmeting
In 1849 gebruikte de Franse wetenschapper Fissot voor het eerst een ontworpen experimenteel apparaat om de snelheid van de voortplanting van het licht te bepalen, en zijn meetprincipe was vergelijkbaar met dat van Galileo. Hij plaatste een puntlichtbron in het brandpunt van de lens, tussen de lens en de lichtbron om een tandwiel te plaatsen, in de lens aan de andere kant van de andere kant van de andere lens en een vlakke spiegel die op zijn beurt werd geplaatst, de vlakke spiegel bevindt zich in het brandpunt van de tweede lens. Puntlichtbron uitgegeven door het licht door de tandwielen en lenzen in parallel licht, parallel licht door de tweede lens en vervolgens in de vlakke spiegel verzameld op een punt, in de vlakke spiegel na reflectie op de oorspronkelijke manier terug. Omdat het tandwiel een opening en tanden heeft, zullen de tanden worden verduisterd wanneer het licht door de opening gaat en de waarnemer het terugkerende licht kan zien. De tijd vanaf het begin tot de eerste verdwijning van het terugkerende licht is de tijd die het licht nodig heeft om één rondreis te maken, en afhankelijk van de snelheid van de tandwielen is deze tijd niet moeilijk te achterhalen. Op deze manier mat Fischer de snelheid van het licht op 315,000 kilometer per seconde, en omdat de tandwielen een bepaalde breedte hadden, was het moeilijk om met deze methode de voortplantingssnelheid van het licht nauwkeurig te meten.
In 1850 verbeterde de Franse natuurkundige Foucault de methode van Fisso door alleen een lens, een roterende vlakke spiegel en een concave spiegel te gebruiken. Parallel licht convergeert in het midden van de concave spiegel door de roterende vlakke spiegel, en dezelfde rotatiesnelheid van de vlakke spiegel kan worden gebruikt om de retourtijd van de lichtbundel te vinden, en de op deze manier gemeten lichtsnelheid is 298. ,000km per seconde.
4. Microgolfmeetmethode
Lichtgolven vormen een klein deel van het elektromagnetische spectrum. Wetenschappers van het elektromagnetische spectrum van elk soort elektromagnetische golfparameters voeren precisiemetingen uit. In 1950 stelde Eisen een holteresonantiemethode voor om de lichtsnelheid te meten. Het meetprincipe is: Magnetron door de holte, wanneer de frequentie een bepaalde waarde zal resoneren, de resonantiegolflengte λ en de resonantieholte van de omtrek van de omtrek van de relatie tussen R als:
R=2.404825λ
En dan zal volgens het product van golflengte en frequentie de snelheid van het licht worden verkregen. Door het nauwkeurig meten van de diameter van de resonantieholte kan de exacte resonantiegolflengte worden bepaald, terwijl de diameter van de holte nauwkeurig kan worden gemeten door middel van interferometrische methoden, en de elektromagnetische frequentie nauwkeurig kan worden bepaald door de stapsgewijze differentiële frequentiemethode. Eisen met zijn voorgestelde methode om de lichtsnelheid voor 299792,5 s 1 km per seconde te bepalen, met een meetnauwkeurigheid van 10-7.
5. Lasermeting
In 1972 maakte het National Institute of Standards and Technology (NIST) in Boulder, Colorado, VS, gebruik van laserinterferometrie om de snelheid van het licht te bepalen, wat c=299792456.2±1,1 m/s opleverde en een meetnauwkeurigheid verkreeg. van maximaal 10-9, wat 100 keer nauwkeuriger is dan de vorige meting. Omdat soortgelijke experimenten vergelijkbare waarden voor de lichtsnelheid opleverden, adviseerde de 17e Internationale Conferentie over Gewichten en Maatregelen in 1983 299792458 m/s als waarde voor de lichtsnelheid.
Beeldchronologie van lichtsnelheidsmetingen
De snelheid van het licht heeft een reis van meer dan 300 jaar aan metingen achter de rug en is eindelijk afgerond. Tijdens hun onderzoek combineerden wetenschappers theorie en praktijk, berekening en meting perfect met elkaar, en verkregen uiteindelijk een nauwkeurige waarde van de lichtsnelheid.
Het bepalen van de lichtsnelheid heeft niet alleen invloed op de definitie van de eenheid "meter", maar helpt ook bij verder onderzoek. Standaardeenheden zoals de snelheid van het licht en de ‘meter’ lijken misschien triviaal, maar ze zijn getuige geweest van de vooruitgang van de menselijke beschaving. De wetenschap kent geen grenzen, en de reis van de mensheid om de wereld te verkennen is nog maar net begonnen.
