Скоростта на светлината във вакуум- абсолютна стойност на скоростта на разпространение електромагнитни вълнивъв вакуум. Във физиката се обозначава латиница c.
Скоростта на светлината във вакуум е фундаментална константа, независимо от избора на инерциална отправна система.
По дефиниция е точно така 299 792 458 m/s (приблизителна стойност 300 хиляди km/s).
Според специалната теория на относителността е максимална скоростза разпространение на всякакви физически взаимодействия, предаване на енергия и информация.

Как се определя скоростта на светлината?

За първи път скоростта на светлината е определена през 1676 О. К. Ромерчрез промени във времевите интервали между затъмненията на спътниците на Юпитер.

През 1728 г. е инсталиран от Дж. Брадли, въз основа на неговите наблюдения на аберациите на звездната светлина.

През 1849 г. A. I. L. Fizeauбеше първият, който измери скоростта на светлината според времето, необходимо на светлината да измине точно известно разстояние (база); Тъй като индексът на пречупване на въздуха се различава много малко от 1, наземните измервания дават стойност, много близка до c.
В експеримента на Физо светлинен лъч от източник S, отразен от полупрозрачно огледало N, периодично се прекъсва от въртящ се назъбен диск W, преминава през основата MN (около 8 km) и, отразен от огледалото M, се връща в диск. Когато светлината удари зъба, тя не достигна до наблюдателя и светлината, която падна между зъбите, можеше да се наблюдава през окуляр E. Въз основа на известните скорости на въртене на диска, времето, необходимо на светлината да премине през беше определена база. Fizeau получава стойността c = 313300 km/s.

През 1862 г. Ж. Б. Л. Фукореализира идеята, изразена през 1838 г. от D. Arago, използвайки бързо въртящо се (512 r/s) огледало вместо зъбен диск. Отразявайки се от огледалото, светлинният лъч беше насочен към основата и след връщане отново падна върху същото огледало, което имаше време да се завърти под определен малък ъгъл. С основа от само 20 m, Фуко установява, че скоростта светлината е равна на 29800080 ± 500 km/s.Схемите и основните идеи на експериментите на Физо и Фуко бяха многократно използвани в следващите работи по дефиницията на s.

Бърнард Джеф

1. Морски офицер измери скоростта на светлината

През пролетта на 1879 г. New York Times съобщава: „Нов ярка звезда. Младши лейтенант морска служба, завършил Морска академияв Анаполис Алберт А. Майкелсън, ненавършил още двадесет и седем години, постигна изключителен успех в областта на оптиката: той измери скоростта на светлината. В редакционна статия, озаглавена „Науката за хората“, Daily Tribune пише: „Местният вестник на Вирджиния Сити, миньорски град в далечна Невада, гордо съобщава: „Втори лейтенант Албърт А. Майкелсън, син на Самуел Майкелсън, магазин за сухи стоки собственик в нашия град, привлече вниманието на цялата страна със забележително научно постижение: той измери скоростта на светлината."

Скоростта на светлината се обсъжда и обсъжда от древни времена, но преди Майкелсън само трима учени (всичките французи) успяват да я измерят със земни средства. Това беше много стар и много сложен проблем. Преди Майкелсън никой на американския континент дори не е правил този труден експеримент.

Въпреки това през предходните векове философите и учените са натрупали доста обширна информация за свойствата на светлината. 300 години пр.н.е., в дните, когато Евклид създава своята геометрия, гръцките математици вече са знаели много за светлината. Известно е, че светлината се разпространява по права линия и че когато се отразява от плоско огледало, ъгълът на падане на лъча е равен на ъгъла на отражение. Древните учени са били добре запознати с явлението пречупване на светлината. Той се състои в това, че светлината, преминавайки от една среда, например въздух, в среда с различна плътност, например вода, се пречупва.

Клавдий Птолемей, астроном и математик от Александрия, съставил таблици на измерените ъгли на падане и пречупване, но законът за пречупване на светлината бил открит едва през 1621 г. от холандския математик от Лайден Вилеброрд Снелиус, който открил, че съотношението на синусите на ъгълът на падане и ъгълът на пречупване е постоянен за всеки две среди с различна плътност.

Много древни философи, включително великия Аристотел и римляните държавникЛуций Сенека, мислеше за причините за дъгата. Аристотел вярва, че цветовете се появяват в резултат на отразяването на светлината от капчици вода; Сенека също имаше приблизително същото мнение, вярвайки, че облаците, състоящи се от частици влага, са вид огледало. По един или друг начин човекът през цялата си история е проявявал интерес към природата на светлината, както свидетелстват достигналите до нас митове, легенди, философски спорове и научни наблюдения.

Подобно на повечето древни учени (с изключение на Емпедокъл), Аристотел вярва, че скоростта на светлината е безкрайна. Би било изненадващо, ако мислеше другояче. В края на краищата такава огромна скорост не можеше да бъде измерена с нито един от съществуващите тогава методи или инструменти. Но дори и в по-късни времена учените продължават да мислят и спорят за това. Преди около 900 години арабският учен Авицена изрази предположението, че въпреки че скоростта на светлината е много висока, тя трябва да бъде крайна стойност. Това е мнението и на един от неговите съвременници, арабският физик Алхазен, който пръв обяснява природата на здрача. Нито единият, нито другият, разбира се, нямаха възможност да потвърдят експериментално мнението си.

Експериментът на Галилей

Такива спорове могат да продължат за неопределено време. За разрешаването на проблема беше необходим ясен, неопровержим опит. Първият, който пое по този път, беше италианецът Галилео Галилей, който беше поразителен с многостранността на своя гений. Той предложи двама души, стоящи на хълмове на разстояние няколко километра, да изпращат сигнали с помощта на фенери, оборудвани с щори. Той изрази тази идея, по-късно реализирана от учени от Флорентинската академия, в своя труд „Разговори и математически доказателства относно два нови клона на науката, свързани с механиката и местното движение“ (публикуван в Лайден през 1638 г.).

Галилей има трима събеседници, които говорят. Първият, Сагредо, пита: „Но от какъв вид и с каква скорост трябва да бъде това движение? Трябва ли да го считаме за мигновено или възникващо във времето, както всички други движения? Симплисио, ретроградният, веднага отговаря: „Всекидневният опит показва, че светлината от пламъка на стрелбата се впечатлява в окото ни без загуба на време, за разлика от звука, който достига до ухото след значителен период от време.“ Сагредо възразява срещу това с основателна причина: „От този добре известен опит не мога да направя друго заключение освен това, че звукът достига до ушите ни на по-дълги интервали от светлината.“

Тук се намесва Салвиати (изразявайки мнението на Галилей): „Малките доказателства за тези и други подобни наблюдения ме принудиха да мисля за някакъв начин да се уверя безпогрешно, че осветлението, т.е. Разпространението на светлината е наистина мигновено. Експериментът, който измислих, е следният. Всеки от двама души държи огън, затворен във фенер или нещо подобно, което може да се отваря и затваря с движение на ръката пред погледа на спътника; застанали един срещу друг „на разстояние от няколко лакътя, участниците започват да се упражняват в затваряне и откриване на огън пред очите на своя спътник по такъв начин, че щом единият забележи светлината на другия, веднага открива своята. .. успях да го произведа само на малко разстояние - по-малко от една миля - поради което не можах да съм сигурен дали появата на обратната светлина наистина се е случила внезапно. Но ако не се случи внезапно, то във всеки случай с изключителна скорост.

Средствата, с които Галилей разполагаше по това време, разбира се, не позволяваха този въпрос да бъде разрешен толкова лесно и той беше напълно наясно с това. Дебатът продължи. Робърт Бойл, известният ирландски учен, който даде първия правилно определение химичен елемент, смята, че скоростта на светлината е крайна, а друг гений от 17-ти век, Робърт Хук, вярва, че скоростта на светлината е твърде висока, за да бъде определена експериментално. От друга страна, астрономът Йоханес Кеплер и математикът Рене Декарт приемат възгледа на Аристотел.

Рьомер и спътникът на Юпитер

Първият пробив в тази стена е направен през 1676 г. Това се случи до известна степен случайно. Теоретичен проблем, както се е случвало неведнъж в историята на науката, беше разрешен в хода на изпълнението на чисто практическа задача. Нуждите от разширяване на търговията и нарастващото значение на навигацията подтикнаха Френската академия на науките да започне изясняване на географски карти, които по-специално изискват повече надежден начиндефиниции географска дължина. Географската дължина се определя доста по прост начин- според часовата разлика в две различни точки глобус, но по това време все още не са знаели как да правят достатъчно точни часовници. Учените предложиха да се използва някакво небесно явление, наблюдавано всеки ден в един и същи час, за да се определи парижкото време и времето на борда на кораба. От това явление навигатор или географ би могъл да си свери часовника и да разбере парижкото време. Такова явление, видимо от всяко място в морето или сушата, е затъмнението на една от четирите големи луни на Юпитер, открити от Галилей през 1609 г.

Сред учените, работещи по този въпрос, беше младият датски астроном Оле Рьомер, който четири години по-рано беше поканен от френския астроном Жан Пикар да работи в новата парижка обсерватория.

Подобно на други астрономи от онова време, Ремер знае, че периодът между две затъмнения на най-близката луна на Юпитер варира през годината; наблюдения от една и съща точка, разделени от шест месеца, дават максимална разлика от 1320 секунди. Тези 1320 секунди бяха мистерия за астрономите и никой не можеше да намери задоволително обяснение за тях. Изглежда, че има някаква връзка между орбиталния период на спътника и позицията на Земята в орбита спрямо Юпитер. И така Рьомер, след като внимателно провери всички тези наблюдения и изчисления, неочаквано просто разреши загадката.

Рьомър приема, че 1320 секунди (или 22 минути) е времето, необходимо на светлината да пътува от позицията на Земята, която е най-близо до Юпитер в нейната орбита, до позицията, която е най-отдалечена от Юпитер, където Земята завършва след шест месеца. С други думи, допълнителното разстояние, изминато от светлината, отразена от луната на Юпитер, е равно на диаметъра на земната орбита (фиг. 1).

ориз. 1.Схема на разсъжденията на Рьомер.
Орбиталният период на най-близкия до Юпитер спътник е приблизително 42,5 часа. Следователно спътникът трябваше да бъде засенчен от Юпитер (или да напусне лентата на затъмнението) на всеки 42,5 часа. Но в продължение на шест месеца, когато Земята се отдалечи от Юпитер, затъмненията се наблюдаваха всеки път с все по-голямо закъснение в сравнение с прогнозираните дати. Рьомер стигна до извода, че светлината не се разпространява мигновено, а има крайна скорост; следователно отнема все повече и повече време, за да достигне Земята, тъй като тя се движи по своята орбита около Слънцето и се отдалечава от Юпитер.

По времето на Рьомер се смяташе, че диаметърът на орбитата на Земята е приблизително 182 000 000 мили (292 000 000 км). Разделяйки това разстояние на 1320 секунди, Рьомер установи, че скоростта на светлината е 138 000 мили (222 000 км) в секунда.

На пръв поглед може да изглежда, че получаването на числен резултат с такава грешка (почти 80 000 км в секунда) не е голямо постижение. Но помислете какво постигна Рьомер. За първи път в историята на човечеството беше доказано, че движението, което се смяташе за безкрайно бързо, е достъпно за знание и измерване.

Освен това още от първия опит Рьомер получи стойността правилен ред. Ако вземем предвид, че учените все още работят върху изясняването на диаметъра на земната орбита и времето на затъмненията на спътниците на Юпитер, тогава грешката на Ромер няма да бъде изненадваща. Сега знаем, че максималното забавяне на спътниковото затъмнение не е 22 минути, както смята Рьомер, а приблизително 16 минути 36 секунди, а диаметърът на орбитата на Земята е приблизително не 292 000 000 км, а 300 000 000 км. Ако се направят тези корекции в изчислението на Рьомер, се оказва, че скоростта на светлината е 300 000 км в секунда и този резултат е близо до най-точната цифра, получена от учените на нашето време.

Основното изискване за добра хипотеза е тя да може да се използва за правене на правилни прогнози. Въз основа на изчислението на скоростта на светлината Рьомер успява да предскаже точно определени затъмнения няколко месеца предварително. Например през септември 1676 г. той прогнозира, че през ноември спътник на Юпитер ще се появи с около десет минути закъснение. Малкият сателит не подведе Рьомер и се появи в предвиденото време с точност до една секунда. Но парижките философи не бяха убедени дори от това потвърждение на теорията на Рьомер. Исак Нютон и великият холандски астроном и физик Кристиан Хюйгенс обаче се обявиха в подкрепа на датчанина. И известно време по-късно, през януари 1729 г., английският астроном Джеймс Брадли по малко по-различен начин стига до същото заключение като Ромер. Нямаше място за съмнение. Рьомър сложи край на преобладаващото вярване сред учените, че светлината се разпространява незабавно, независимо от разстоянието.

Рьомер доказа, че въпреки че скоростта на светлината е много висока, тя все пак е крайна и може да бъде измерена. Въпреки това, въпреки че отдават почит на постижението на Roemer, някои учени все още не са напълно удовлетворени. Измерването на скоростта на светлината с неговия метод се основава на астрономически наблюдения и изисква много време. Те искаха да извършат измервания в лабораторията, използвайки чисто земни средства, без да излизат извън границите на нашата планета, така че всички експериментални условия да бъдат контролирани. Френският физик Марин Марсен, съвременник и приятел на Декарт, успя да измери скоростта на звука преди тридесет и пет години. Защо не можем да направим същото със светлината?

Първото измерение със земни средства

Решението на този проблем обаче трябваше да чака почти два века. През 1849 г. френският физик Арман Иполит Луи Физо измисли доста прост метод. На фиг. Фигура 2 показва опростена инсталационна диаграма. Физо насочва светлинен лъч от източник към огледало IN, тогава този лъч се отразяваше върху огледалото А. Едното огледало е поставено в Suresnes, в къщата на отец Fizeau, а другото в Монмартър в Париж; разстоянието между огледалата е приблизително 8,66 km. Между огледалата АИ INбеше поставена предавка, която можеше да се върти с дадена скорост (принцип на строб). Зъбците на въртящото се колело прекъсваха светлинния лъч, разделяйки го на импулси. По този начин беше изпратена верига от къси светкавици.

ориз. 2.Монтаж на Физо.
174 години след като Рьомер изчислява скоростта на светлината от наблюдения на затъмненията на луната на Юпитер, Физо конструира устройство за измерване на скоростта на светлината при земни условия. Gear Враздели лъча светлина на проблясъци. Физо измерва времето, необходимо на светлината, за да измине разстоянието Вкъм огледалото Аи обратно, равно на 17,32 км. Слабостта на този метод беше, че моментът на най-голяма яркост на светлината се определяше от наблюдателя с око. Такива субективни наблюдения не са достатъчно точни.

Когато зъбното колело беше неподвижно и в първоначалното си положение, наблюдателят можеше да види светлина от източника през пролуката между двата зъба. След това колелото се задвижи с все по-голяма скорост и дойде момент, в който светлинният импулс, преминал през пролуката между зъбите, се върна, отразен от огледалото А, и се забави от зъба. В този случай наблюдателят не видя нищо. Когато предавката се завъртя още повече, светлината се появи отново, стана по-ярка и накрая достигна максималния си интензитет. Зъбното колело, използвано от Fizeau, има 720 зъба, а светлината достига своя максимален интензитет при 25 оборота в секунда. Въз основа на тези данни Физо изчислява скоростта на светлината, както следва. Светлината изминава разстоянието между огледалата и обратно през времето, необходимо на колелото да се завърти от едното пространство между зъбите до другото, т.е. в 1/25 × 1/720, което е 1/18 000 от секундата. Изминатото разстояние е равно на удвоеното разстояние между огледалата, т.е. 17.32 км. Следователно скоростта на светлината е 17,32 · 18 000, или около 312 000 км в секунда.

Подобрението на Фуко

Когато Физо обяви резултата от измерването си, учените се усъмниха в достоверността на тази колосална цифра, според която светлината достига Земята от Слънцето за 8 минути и може да обиколи Земята за една осма от секундата. Изглеждаше невероятно, че човек може да измери такава огромна скорост с такива примитивни инструменти. Светлината изминава повече от осем километра между огледалата на Физо за 1/36 000 от секундата? Невъзможно, казаха мнозина. Въпреки това цифрата, получена от Fizeau, беше много близка до резултата на Roemer. Това едва ли може да е просто съвпадение.

Тринадесет години по-късно, докато скептиците все още се съмняваха и правеха иронични забележки, Жан Бернар Леон Фуко, син на парижки издател и по едно време се готвеше да стане лекар, определи скоростта на светлината по малко по-различен начин. Той работи с Fizeau няколко години и много мисли как да подобри своя опит. Вместо зъбно колело Фуко използва въртящо се огледало.

ориз. 3.Инсталация на Фуко.
След някои подобрения Майкелсън използва това устройство, за да определи скоростта на светлината. В това устройство зъбното колело (виж фиг. 2) се заменя с въртящо се плоско огледало В. Ако огледалото Внеподвижен или се върти много бавно, светлината се отразява върху полупрозрачно огледало бв посоката, посочена от плътната линия. Когато огледалото се върти бързо, отразеният лъч се придвижва до позицията, обозначена с пунктирана линия. Гледайки през окуляра, наблюдателят може да измери изместването на лъча. Това измерване му даде двойна стойност на ъгъла α, т.е. ъгъл на завъртане на огледалото през времето, от което идва светлинният лъч Вкъм вдлъбнатото огледало Аи обратно към В. Знаейки скоростта на въртене на огледалото В, разстояние от Акъм Ви ъгъл на завъртане на огледалото ВПрез това време беше възможно да се изчисли скоростта на светлината.

Фуко се радваше на репутация на талантлив изследовател. През 1855 г. той е награден с медала на Копли от Кралското общество на Англия за експеримента си с махало, което предоставя доказателства за въртенето на Земята около оста си. Той също така построи първия жироскоп, подходящ за практическа употреба. Замяната на зъбно колело с въртящо се огледало в експеримента на Физо (тази идея е предложена през 1842 г. от Доминико Араго, но не е реализирана) направи възможно съкращаването на пътя, изминат от светлинен лъч, от повече от 8 километра до 20 m огледало (фиг. 3) отклони обратния лъч под лек ъгъл, което направи възможно извършването на необходимите измервания за изчисляване на скоростта на светлината. Полученият от Фуко резултат е 298 000 км/сек, т.е. приблизително 17 000 км по-малко от стойността, получен от Fizeau. (В друг експеримент Фуко поставил тръба с вода между отразяващо и въртящо се огледало, за да определи скоростта на светлината във вода. Оказало се, че скоростта на светлината във въздуха е по-голяма.)

Десет години по-късно Мари Алфред Корню, професор по експериментална физика в Парижкото висше политехническо училище, отново се върна на зъбното колело, но то вече имаше 200 зъба. Резултатът на Корню беше близо до предишния. Той получи цифрата 300 000 км в секунда. Такъв беше случаят през 1872 г., когато младият Майкелсън, студент последна година във Военноморската академия в Анаполис, беше помолен на изпит по оптика да говори за апарата на Фуко за измерване на скоростта на светлината. Тогава на никого не му хрумна, че в учебниците по физика, по които ще учат бъдещите поколения студенти, на Майкелсън ще се дава много повече мястоотколкото Физо или Фуко.

Много преди учените да измерят скоростта на светлината, те трябваше да работят усилено, за да дефинират самата концепция за „светлина“. Един от първите, които мислят за това, е Аристотел, който смята светлината за вид подвижна субстанция, разпространяваща се в пространството. Неговият древноримски колега и последовател Лукреций Кар настоява за атомната структура на светлината.

ДО XVII векФормират се две основни теории за природата на светлината - корпускулярна и вълнова. Нютон беше един от привържениците на първия. Според него всички източници на светлина излъчват малки частици. По време на „полет“ те образуват светещи линии - лъчи. Неговият опонент, холандският учен Кристиан Хюйгенс, настоя, че светлината е вид вълново движение.

В резултат на вековни спорове учените стигнаха до консенсус: и двете теории имат право на живот, а светлината е видими за окотоспектър на електромагнитни вълни.

Малко история. Как се измерва скоростта на светлината

Повечето древни учени са били убедени, че скоростта на светлината е безкрайна. Резултатите от изследванията на Галилей и Хук обаче позволяват екстремния му характер, което е ясно потвърдено през 17 век от изключителния датски астроном и математик Олаф Ремер.


Той прави първите си измервания, като наблюдава затъмненията на Йо, спътника на Юпитер, в момента, когато Юпитер и Земята са разположени с противоположни страниспрямо Слънцето. Рьомер записа, че докато Земята се отдалечава от Юпитер на разстояние, равно на диаметъра на земната орбита, времето на забавяне се променя. Максималната стойност беше 22 минути. В резултат на изчисленията той получи скорост от 220 000 км/сек.

50 години по-късно през 1728 г., благодарение на откритието на аберацията, английският астроном Дж. Брадли „усъвършенства“ тази цифра до 308 000 км/сек. По-късно скоростта на светлината е измерена от френските астрофизици Франсоа Арго и Леон Фуко, като се получава изход от 298 000 км/сек. Още по-точна техника за измерване беше предложена от създателя на интерферометъра, известният американски физик Алберт Майкелсън.

Опитът на Майкелсън за определяне на скоростта на светлината

Експериментите продължават от 1924 до 1927 г. и се състоят от 5 серии от наблюдения. Същността на експеримента беше следната. Източник на светлина, огледало и въртяща се осмоъгълна призма са монтирани на връх Уилсън в околностите на Лос Анджелис, а отразяващо огледало е монтирано 35 км по-късно на връх Сан Антонио. Първо, светлина през леща и прорез удари призма, въртяща се с високоскоростен ротор (със скорост 528 rps).

Участниците в експериментите можеха да регулират скоростта на въртене, така че изображението на източника на светлина да се вижда ясно в окуляра. Тъй като разстоянието между върховете и честотата на въртене са известни, Майкелсън определя скоростта на светлината - 299 796 км/сек.

Учените окончателно определят скоростта на светлината през втората половина на 20 век, когато са създадени мазери и лазери, характеризиращи се с най-висока стабилност на честотата на излъчване. До началото на 70-те години грешката в измерванията е намаляла до 1 км/сек. В резултат на това, по препоръка на XV Генерална конференция по мерки и теглилки, проведена през 1975 г., беше решено да се приеме, че скоростта на светлината във вакуум сега е равна на 299792,458 км/сек.

Достижима ли е скоростта на светлината за нас?

Очевидно изследването на далечните краища на Вселената е немислимо без космически кораби, летящи с огромна скорост. За предпочитане със скоростта на светлината. Но възможно ли е това?

Скоростта на светлинната бариера е едно от следствията на теорията на относителността. Както знаете, увеличаването на скоростта изисква увеличаване на енергията. Скоростта на светлината би изисквала практически безкрайна енергия.

Уви, законите на физиката са категорично против това. На скорост космически корабпри 300 000 км/сек частици, летящи към него, например водородни атоми, се превръщат в смъртоносен източник на мощна радиация, равна на 10 000 сиверта/сек. Това е приблизително същото като да сте вътре в Големия адронен колайдер.

Според учени от университета Джон Хопкинс в природата няма адекватна защита от подобно чудовищно космическо лъчение. Унищожаването на кораба ще бъде завършено чрез ерозия от ефектите на междузвездния прах.

Друг проблем със скоростта на светлината е забавянето на времето. Старостта ще стане много по-дълга. Зрителното поле също ще бъде изкривено, в резултат на което траекторията на кораба ще премине като в тунел, в края на който екипажът ще види блестяща светкавица. Зад кораба ще цари пълен мрак.

Така че в близко бъдеще човечеството ще трябва да ограничи скоростните си „апетити“ до 10% от скоростта на светлината. Това означава, че ще отнеме около 40 години, за да се лети до най-близката до Земята звезда Проксима Кентавър (4,22 светлинни години).


Вселената участва в експерименти

Методът на Le Verrier завладява въображението на учените. Движението на Нептун започнало да се следи внимателно и скоро били открити толкова значителни разлики между наблюдаваните и теоретичните орбити на новата звезда, че това можело да се обясни само със съществуването на друга планета, разположена отвъд Нептун!

На 18 февруари 1930 г. младият астроном Клайд Томбо от обсерваторията Ловел в Америка най-накрая открива (на разстояние почти три пъти радиуса на орбитата на Нептун) нова планета слънчева система, наречена Плутон. По този начин Томбо потвърди изчисленията на известните астрономи-теоретици Пърсивал Ловел и Уилям Пикъринг.

Наистина, както каза известният френски оптик и астроном Франсоа Араго, „...умствените очи могат да заменят силните телескопи...”.

Сега в Слънчевата система има девет големи планети: Меркурий, Венера, Земя, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Намира се между Марс и Юпитер голям броймалки планети, наречени астероиди. Астрономите обаче продължават да търсят нови планети.

Теоретичните прогнози показват, че досега движението небесни телав слънчевата система не се влияе от привличането на далечни звезди и други планетарни системи на нашата галактика. Слънцето трябва да „привлича“ малки и големи планети. Гравитационната сила на Слънцето се простира на разстояние 200 хиляди пъти по-голямо от пътя от Земята до Слънцето!

Не може в такова огромно пространство да няма плътни небесни тела, въпреки че досега търсенето на десетата планета от Слънчевата система с помощта на най-мощните съвременни телескопи не е било успешно...

Както виждаме, небесната механика неизменно потвърждава законите на земната механика, изведени от Нютон. Движението на небесните тела, както се оказа още по времето на Нютон, позволява не само да се тества законът универсална гравитация, но също така дава на изследователите отличен начин определяне на скоростта на светлината.

Странно е, че Галилей не се е сетил за такъв метод, предлагайки само експеримент с фенери за тази цел. Двама души стоят на голямо разстояние един от друг с фенери в ръце и отбелязват времето, през което светлината на внезапно запален фенер ще покрие разстоянието между тях. Експериментът, за съжаление, е напълно невъзможен поради твърде високата скорост на светлината...

Как се измерва скоростта на светлината?

През септември 1676 г. млад датчанин Олаф Ромер, който е работил в Парижката обсерватория, представя доклад пред Френската академия на науките, в който описва как, използвайки въртенето на Земята около Слънцето, може да се определи скоростта на светлината.

По време на своите изследвания Рьомер наблюдава движението на един от спътниците на Юпитер. Времето за пълно завъртане на спътника около планетата беше строго постоянно и добре известно на астрономите. Ромер отбеляза: ако Земята по време на въртенето си около Слънцето е в точката на своята орбита, която е най-отдалечена от Юпитер, тогава астрономите наблюдават навлизането на сателита в сянката на Юпитер 22 минути по-късно, отколкото в момента, когато Земята е най-близо до Юпитер. Рьомър се досеща за причината за странното явление – на светлината са й необходими 22 минути, за да измине разстоянието от най-близката до най-отдалечената от Юпитер точка на земната орбита. Знаейки времето, необходимо на светлината за това и изчислявайки диаметъра на орбитата на Земята, можем лесно да определим скоростта на светлината!

Това вероятно е един от първите случаи в историята на науката, когато учен използва Вселената като гигантска природна лаборатория...

Рьомер получава стойности за скоростта на светлината, които са един и половина пъти по-малки съвременни значениятази стойност. Но едва ли някой може да го вини за това: знаем с какви уреди е измервал времето неговият велик съвременник Галилео Галилей.

Астрономическият метод за измерване на скоростта на светлината е широко използван от физиците през трите века, изминали след наблюденията и изчисленията на Ремер. В наши дни общоприетата стойност за скоростта на светлината във вакуум е 299,79 хиляди километра в секунда.

През 19 век се научили да определят скоростта на светлината на Земята. Американският физик Алберт Майкелсън постигна голямо съвършенство в тези експерименти. Неговият сложен масивен уред с много огледала, които удължават пътя на светлината, е поставен върху каменна плоча с площ от 1,5 м2 и дебелина 30 см, за да се избегне и най-малкият възможен удар на устройството, стойката за плочата пълни с живак.

Майкелсън установи, че скоростта на светлината не зависи от посоката на лъча и разпространението на светлината не се влияе от въртенето на Земята. Изключителната задълбоченост на експериментите на Майкелсън, постигната през началото на XIXвек висока точност при определяне истински смисълскоростта на светлината може би е дала на Алберт Айнщайн идеята да счита скоростта на светлината във вакуум за най-голямата висока скорост, което е възможно в природата. Тази идея съставлява един от най-важните постулати на теорията на относителността, създадена от Айнщайн - най-общата съвременна теориядвижение, което включваше законите на Нютон като специален случай.

Известно е, че скоростта на светлината във вакуум е крайна и възлиза на ≈300 000 km/s. Всичко се основава на тези данни съвременна физикаи всички съвременни космически теории. Но съвсем наскоро учените бяха сигурни, че скоростта на светлината е безкрайна и ние незабавно виждаме какво се случва в най-отдалечените ъгли на космоса.

Хората започнаха да мислят какво е светлината в древни времена. Светлината от пламъка на свещта мигновено се разпространи из стаята, светкавиците в небето, наблюдаването на комети и други космически тела в нощното небе създаваха усещането, че скоростта на светлината е безкрайна. Наистина е трудно да се повярва, че например, когато гледаме Слънцето, го наблюдаваме не в сегашното му състояние, а такова, каквото е било преди около 8 минути.

Но някои хора все още поставят под въпрос привидно установената истина за безкрайността на скоростта на светлината. Един от тези хора беше Исак Бенгман, който през 1629 г. се опита да проведе експеримент, за да определи крайната скорост на светлината. Разбира се, той нямаше на разположение нито компютри, нито високочувствителни лазери, нито часовници с висока точност. Вместо това ученият решил да създаде експлозия. След като напълнил контейнера с взривен материал, той различни разстоянияТой инсталира големи огледала от него и помоли наблюдателите да определят в кое от огледалата първо ще се появи светкавицата от експлозията. Като се има предвид, че за една секунда светлината може да обиколи земята 7,5 пъти, може да се предположи, че експериментът е завършил с неуспех.

Малко по-късно добре познатият Галилей, който също постави под въпрос безкрайността на скоростта на светлината, предложи своя експеримент. Той постави помощника си с фенер на един хълм, а той застана с фенер на друг. Когато Галилей вдигна капака от своя фенер, неговият помощник веднага вдигна капака от противоположния фенер. Разбира се, този експеримент също не може да се увенчае с успех. Единственото нещо, което Галилей можеше да предположи, беше, че скоростта на светлината е много по-бърза от човешката реакция.

Оказва се, че единственият изход от ситуацията е участието в експеримента на тела, които са доста далеч от Земята, но могат да бъдат наблюдавани с помощта на телескопи от онова време. Такива обекти бяха Юпитер и неговите спътници. През 1676 г. астрономът Оле Рьомер се опитва да определи географската дължина между различни точки на географска карта. За да направи това, той използва система за наблюдение на затъмнението на един от спътниците на Юпитер, Йо. Оле Рьомер проведе изследването си от остров близо до Копенхаген, докато друг астроном, Джовани Доменико Касини, наблюдава същото затъмнение от Париж. Сравнявайки началния час на затъмнението между Париж и Копенхаген, учените определиха разликата в географската дължина. Няколко години подред Касини наблюдава луните на Юпитер от едно и също място на Земята и забелязва, че времето между затъмненията на спътниците става по-кратко, когато Земята е по-близо до Юпитер, и по-дълго, когато Земята е по-далеч от Юпитер. Въз основа на своите наблюдения той приема, че скоростта на светлината е крайна. Това беше абсолютно правилно решение, но по някаква причина Касани скоро се отказа от думите си. Но Ремер приема идеята с ентусиазъм и дори успява да създаде гениални формули, които отчитат диаметъра на Земята и орбитата на Юпитер. В резултат на това той изчислява, че светлината отнема около 22 минути, за да пресече диаметъра на земната орбита около Слънцето. Изчисленията му бяха грешни: според съвременните данни светлината изминава това разстояние за 16 минути и 40 секунди. Ако изчисленията на Оле бяха точни, скоростта на светлината щеше да бъде 135 000 km/s.

По-късно, въз основа на изчисленията на Roehner, Christian Huyens замества по-точни данни за диаметъра на Земята и орбитата на Юпитер във формулите. В резултат на това той получи скоростта на светлината, равна на 220 000 km/s, което е много по-близо до правилната стойност.

Но не всички учени смятат хипотезата за крайната скорост на светлината за правилна. Научният дебат продължава до 1729 г., когато е открито явлението светлинна аберация, което потвърждава предположението, че скоростта на светлината е крайна и дава възможност за по-точно измерване на нейната стойност.

Това е интересно: съвременните учени и историци стигат до извода, че най-вероятно формулите на Roemer и Huyens са правилни. Грешката била в данните за орбитата на Юпитер и диаметъра на Земята. Оказва се, че не двамата астрономи са се заблудили, а хората, които са им дали информация за орбитата и диаметъра.

Основна снимка: depositphotos.com

Ако намерите грешка, моля, маркирайте част от текста и щракнете Ctrl+Enter.