Jak zmierzono prędkość światła?

Jak zmierzono prędkość światła?



Przez wiele wieków ludzie żyli w przeświadczeniu, że prędkość światła jest nieskończona. Później jednak doszli do wniosku, że światło posiada swoją prędkość i ma ona ogromną wartość. Pojęcie prędkości światła wprowadził Galileusz. Nie wiedział natomiast jak ją wyznaczyć za pomocą prostego doświadczenia.
Pierwszym uczonym, który przyznał, że prędkość światła jest wyznaczalna był astronom Olaf Rmer (1676 r). Przeprowadził on doświadczenia na podstawie obserwacji ruchu Jowisza.
Poprawny wynik jego prac tłumaczymy właśnie tym, że odległości między ciałami, dla których mierzył on prędkość światła, były bardzo duże (między planetami Układu Słonecznego). Obserwował największą planetę Układu Słonecznego – Jowisza i zaćmienia jego 12 księżyców. Jego uwagę zwrócił księżyc o nazwie Io. Rmer widział, jak księżyc przesuwał się na tle tarczy planety i „wędruje” w cień znikając z pola widzenia, a następnie znowu pojawia się na tle tarczy Jowisza. Czas obiegu Io wokół Jowisza wynosił 48 h 28 min. W ten sposób księżyc spełniał rolę „ogromnego zegara niebieskiego” przesyłającego w różnych odcinkach czasu informacje na Ziemię.
Pierwszych pomiarów czasu obiegu księżyca naukowiec dokonał w chwili, kiedy Ziemia, krążąc wokół Słońca znajdowała się najbliżej Jowisza. Podobne pomiary dokonane 6 miesięcy później, kiedy Ziemia zwiększyła odległość od Jowisza o odcinek równy średnicy swej orbity, wykazały nieoczekiwanie, że Io wynurzał się z cienia Jowisza o 15 minut później niż należałoby oczekiwać, znając czas jego obiegu. Rmer wytłumaczył to w następujący sposób: „Jeśli mógłbym pozostać po przeciwnej stronie orbity ziemskiej, to Io zawsze wynurzałby się z cienia w przedziwnym czasie; obserwator znajdujący się tam zobaczyłby Io 15 minut wcześniej. W naszym przypadku opóźnienie spowodowane jest tym, że światło potrzebuje 15 minut na przebycie drogi dzielącej miejsca mojej pierwszej i drugiej obserwacji”. Znając opóźnienie pojawiania się księżyca oraz odległość, która to powoduje, można wyznaczyć prędkość światła dzieląc tę odległość (średnica orbity Ziemi) przez czas opóźnienia. Jak okazało się, prędkość światła jest niezwykle duża i wynosi około 300 000 km/s (przyjmując niedokładną wówczas wartość średnicy orbity Ziemi Rmer wyznaczył wartość prędkości światła na c = 214 300 km/s). Dlatego też niesłychanie trudno jest zmierzyć czas, w którym światło rozchodzi się między dwoma punktami na Ziemi. Zauważamy, że w ciągu jednej sekundy światło przebywa drogę 8-krotnie większą niż długość równika.
Po Rmerze do pomiaru wartości prędkości światła stosowano także wiele innych metod, np.: koła zębate Fizeau, wirujące zwierciadła Foucault. Współczesne metody to metoda rezonatora wnękowego Essena i za pomocą detektora światła modulowanego.


BIBLIOGRAFIA:
1. Encyklopedia Popularna PWN, wyd. XXI, Warszawa 1991
2. www.wiw.pl (Wirtualny Wszechświat)
3. www.wikipedia.pl (Wolna Encyklopedia)