سرعت نور چگونه اندازه گیری می شود؟

سرعت نور نیز یک پارامتر مهم نور است، تعیین آن در تاریخچه توسعه اپتیک اهمیت بسیار ویژه و مهمی دارد، نه تنها برای ترویج توسعه عمیق آزمایشات نوری، بلکه برای شکستن مفهوم سنتی سرعت نور بی نهایت در توسعه مطالعه نظری فیزیک، تعیین سرعت نور برای نظریه ذرات و نظریه نوسانات بحث، مبنایی برای قضاوت فراهم می‌کند و در نهایت کشف و توسعه نظریه نسبیت اینشتین را ترویج می‌کند.

چگونه سرعت نور اندازه گیری می شود

1. پیش درآمد اندازه گیری سرعت نور
در فیزیک در مورد سرعت نور اختلاف وجود داشت. هم کپلر و هم دکارت معتقد بودند که نور بدون زمان و در یک لحظه حرکت می کند. گالیله معتقد بود که سرعت نور، اگرچه به طور غیرعادی سریع است، اما می تواند اندازه گیری شود و در سال 1607، گالیله اولین آزمایش را برای اندازه گیری سرعت نور انجام داد. روش اندازه گیری گالیله به این صورت است که اجازه می دهد دو نفر با فاصله 1.6093 کیلومتر از هم بر بالای دو کوه ایستاده باشند، هر کدام یک چراغ داشتند، اولین نفری که لامپ را بلند کرد، وقتی نفر دوم دید که لامپ شخص اول بلافاصله لامپ خود را بلند کرد. اولین نفری که لامپ را بلند می کند تا لامپ نفر دوم را ببیند، فاصله زمانی بین زمان انتشار نور است و سپس با توجه به فاصله بین دو مکان می تواند سرعت انتشار نور را بدست آورد. با این حال، به دلیل سرعت انتشار بیش از حد نور، همراه با ناظر نیز باید زمان واکنش مشخصی داشته باشد، بنابراین تلاش‌های گالیله موفق نشدند، اما آزمایش گالیله باز کردن تاریخ بشر بر روی سرعت انتشار نور برای اندازه‌گیری سرعت انتشار نور است. مقدمه مطالعه

2. اندازه گیری نجومی
در سال 1676، ستاره شناس دانمارکی رومر برای اولین بار روش موثرتری برای اندازه گیری سرعت نور پیشنهاد کرد. از هر فرآیند دوره ای می توان به عنوان "ساعت" استفاده کرد و او موفق شد ساعت مشتری را که بسیار دور از زمین است پیدا کند: ماهواره ای که در هر دوره خاص توسط مشتری گرفتار می شود. او مشاهده کرد که زمان بین دو ماه گرفتگی متوالی، زمانی که زمین از حرکت مشتری برمی گردد، از حرکت زمین به سمت مشتری بیشتر از اختلاف زمانی حدود 15 ثانیه است. رومر از طریق مشاهده کسوف های ماهواره مشتری و قطر مداری سرعت نور زمین: 214300 کیلومتر در ثانیه. این مقدار از سرعت نور دقت مقدار تفاوت بسیار بزرگ است، اما این روش اندازه گیری درست نیست، نکته اصلی این است که شعاع مدار زمین را بدانید فقط یک تقریب است، در حالی که اندازه گیری دوره خورشید گرفتگی به اندازه کافی دقیق نیست. بعدها دانشمندان از روش عکاسی برای اندازه گیری زمان خورشید گرفتگی های ماهواره ای مشتری استفاده کردند و دقت اندازه گیری شعاع مداری زمین بهبود یافت، با استفاده از روش رومر سرعت انتشار نور 299840 در ثانیه 60 کیلومتر، بسیار نزدیک به ارزش دقیق اندازه گیری های آزمایشگاهی مدرن

در سال 1728، برادلی، ستاره شناس انگلیسی، سرعت نور را با استفاده از روش تفاوت حرکت نور ستاره ها اندازه گیری کرد. بردلی در حین مشاهده ستارگان روی زمین متوجه شد که موقعیت ظاهری ستارگان دائماً در حال تغییر است و در عرض یک سال به نظر می رسد که همه ستارگان به مدت یک هفته به دور یک بیضی با محورهای نیمه طول مساوی حول نقطه اوج می چرخند. او این پدیده را به این دلیل دانست که مدتی طول کشید تا نور ستارگان به زمین برسد و در این مدت زمین با چرخش موقعیت خود را تغییر داده است که از این طریق سرعت نور را 299930 کیلومتر در هر کیلومتر اندازه گیری کرد. دومین.

3. اندازه گیری دنده
در سال 1849، دانشمند فرانسوی فیسو برای اولین بار از یک دستگاه آزمایشی طراحی شده برای تعیین سرعت انتشار نور استفاده کرد و اصل اندازه گیری او شبیه به گالیله بود. او یک منبع نور نقطه ای را در نقطه کانونی لنز، بین لنز و منبع نور قرار داد تا یک چرخ دنده قرار دهد، در عدسی در طرف دیگر سمت دور عدسی دیگر و یک آینه صفحه قرار داده شده به نوبه خود، آینه صفحه در کانون عدسی دوم قرار دارد. منبع نور نقطه ای صادر شده توسط نور از طریق چرخ دنده ها و عدسی ها به نور موازی، نور موازی از طریق عدسی دوم و سپس در آینه صفحه جمع شده در یک نقطه، در آینه هواپیما پس از انعکاس در راه اصلی برگشت. از آنجایی که چرخ دنده دارای یک شکاف و دندانه است، هنگامی که نور از شکاف عبور می کند، زمانی که ناظر می تواند نور برگشتی را ببیند، هنگامی که نور به طور اتفاقی با دندانه ها برخورد می کند، مبهم می شود. زمان از ابتدا تا اولین ناپدید شدن چراغ برگشتی، مدت زمانی است که چراغ برای یک رفت و برگشت صرف می کند و با توجه به سرعت چرخ دنده ها، تشخیص این زمان دشوار نیست. به این ترتیب فیشر سرعت نور را 315،{2}} کیلومتر در ثانیه اندازه گرفت و چون چرخ دنده ها دارای عرض معینی بودند، اندازه گیری دقیق سرعت انتشار نور با استفاده از این روش دشوار بود.

در سال 1850، فوکو فیزیکدان فرانسوی روش فیسو را تنها با استفاده از یک عدسی، یک آینه صفحه چرخان و یک آینه مقعر بهبود بخشید. نور موازی در مرکز آینه مقعر از طریق آینه صفحه دوار همگرا می شود و از همان سرعت دورانی آینه صفحه می توان برای یافتن زمان رفت و برگشت پرتو نور استفاده کرد و سرعت نور اندازه گیری شده به این ترتیب 298 است. ، 000کیلومتر در ثانیه.

4. روش اندازه گیری مایکروویو
امواج نور بخش کوچکی از طیف الکترومغناطیسی هستند، دانشمندان از طیف الکترومغناطیسی هر نوع پارامترهای امواج الکترومغناطیسی اندازه گیری های دقیق انجام می دهند. در سال 1950، آیزن روش تشدید حفره ای را برای اندازه گیری سرعت نور پیشنهاد کرد. اصل اندازه گیری این است: مایکروویو از طریق حفره، زمانی که فرکانس آن یک مقدار معین باشد طنین انداز می شود، طول موج رزونانس λ و حفره تشدید محیط محیط رابطه بین R به صورت:
R=2.404825λ

و سپس با توجه به حاصل ضرب طول موج و فرکانس سرعت نور را بدست می آوریم. با اندازه گیری دقیق قطر حفره تشدید می توان طول موج رزونانس دقیق را تعیین کرد، در حالی که قطر حفره را می توان با روش های تداخل سنجی با دقت اندازه گیری کرد، فرکانس الکترومغناطیسی را می توان با روش فرکانس دیفرانسیل گام به گام با دقت تعیین کرد. آیزن با روش پیشنهادی خود برای به دست آوردن سرعت نور برای 299792.5 ثانیه 1 کیلومتر بر ثانیه، دقت اندازه گیری 10-7.

5. اندازه گیری لیزری
در سال 1972، مؤسسه ملی استانداردها و فناوری (NIST) در بولدر، کلرادو، ایالات متحده، از تداخل سنجی لیزری برای تعیین سرعت نور استفاده کرد که c{1}.2±1.1m/s را تولید کرد و دقت اندازه گیری را بدست آورد. تا 10-9 که 100 برابر دقیق تر از اندازه گیری قبلی است. از آنجایی که آزمایش‌های مشابه مقادیر مشابهی را برای سرعت نور به دست آوردند، هفدهمین کنفرانس بین‌المللی وزن‌ها و اندازه‌گیری‌ها در سال 1983 299792458 متر بر ثانیه را به عنوان مقدار سرعت نور توصیه کرد.

گاه‌شماری تصویر اندازه‌گیری‌های سرعت نور

سرعت نور در سفری با بیش از 300 سال اندازه گیری بوده و در نهایت نهایی شده است. دانشمندان در فرآیند تحقیق، تئوری و عمل، محاسبه و اندازه گیری را کاملاً با هم ترکیب کردند و در نهایت مقدار دقیق سرعت نور را به دست آوردند.

تعیین سرعت نور نه تنها بر تعریف واحد "متر" تاثیر می گذارد، بلکه به تحقیقات بیشتر کمک می کند. واحدهای استانداردی مانند سرعت نور و «متر» شاید پیش پا افتاده به نظر برسند، اما شاهد پیشرفت تمدن بشری بوده اند. علم هیچ محدودیتی ندارد و سفر بشر برای کشف جهان تازه آغاز شده است.