Мерење брзине светлости

Преузми Word документ

Брзина светлости је највећа позната брзина у природи. Људи су дуго веровали да се светлост простире тренутно, односно да је брзина светлости бесконачна. Бројни покушаји да се измери брзина светлости су били безуспешни, зато што на Земљи не постоје довољно велика растојања помоћу којих би могло да се региструје простирање светлости.

Галилео Галилеј 1667. године – покушао да измери брзину светлости – неуспешно

Галилео послао свог помоћника са упаљеним фењером који је био прекривеним кофом на удаљени брежуљак (око 1,5 километра). Галилеј је такође имао фењер покривен кофом. Када су обојица били на својим местима, Галилеј је подигао кофу са свог фењера и омогућио да светлост путује кроз простор, а то значи и према помоћнику. Овај је имао задатак да у тренутку кад угледа светло са Галилејевог фењера одмах и сам открије свој фењер. Светлост видљива из његовог фењера стигла би до Галилеја који је мерио укупно време, од кад је подигао кофу до пријема светлосних зрака из другог фењера.

Брзину светлости је хтео да израчуна на основу растојања између себе и помоћника, као и на основу измереног времена да одреди брзину светлости. Али тада је настао велики проблем. Сваки пут кад би поновио експеримент Галилеј је добијао различите резултате, па из тих резултата он није могао да изведе никакав закључак.

Овај покушај мерења није успео зато што брзина светлости има сувише велику вредност да би тадашњим методама могло да се прецизно измери време потребно да светлост пређе тако кратко растојање .

Време које је било потребно Галилеју и његовом помоћнику да реагују на уочену светлост фењера било је много веће у односу на време потребно светлости да превали пут између њих двојице. Ако је за њихову реакцију од тренутка када уоче светлост била потребна једна секунда, за то време светлост би 14 пута обишла Земљу.

Брзину светлости је први измерио дански астроном Олаф Ремер 1676. године. Он је то учинио на основу посматрања помрачења Јупитеровог сателита Ио.

Приликом обиласка око Јупитера, Ио улази у Јупитерову сенку, престаје да одбија сунчеву светлост и ми га не видимо. Када сателит изађе из сенке, он поново одбија сунчеву светлост. Чим та светлост пређе пут од Јупитеровог сателита до Земље, ми тај сателит поново видимо. Ремер је приметио да временски интервал у ком не видимо Ио траје готово 1000 секунди дуже када су Земља и Јупитер са супротних страна Сунца него када су и Земља и Јупитер са исте стране. Закључио је да је разлог за ово разлика у дужини пута који светлост прелази у ова два случаја. У првом случају, пут је дужи за двоструко растојање од Земље до Сунца, тј. 300 милиона километара. Протекло време и пређени пут су били довољни да Ремер одреди брзину светлости.

Ремерова мерења су показала да је светлости потребно приближно 1000 секунди да пређе растојање између два супротна положаја Земље на путањи око Сунца. Знајући да је растојање Земља-Сунце 150 милиона километара израчунао је да је брзина светлости:

$v=\frac{s}{t}$

$v =\frac{300000000km}{1000s}$

$v =300000\frac{km}{s}$

Брзина светлости у вакууму је $300000\frac{km}{s}$ . Брзина светлости је највећа позната брзина у природи.

Француски физичар Иполит Физо (1849. године)

Прво одређивање брзине светлости без употребе астрономских метода извео је Арманд Физо 1849. години. Метод који је кориштен подсећао је на Галилејев покушај, али овај је успео да превазиђе недостатак Галилејевог експеримента. Имао је могућност тачног мерења кратког временског интервала у коме светлосни зрак прелази релативно кратко растојање на Земљи.

Сноп светлости који полази од светлосног извора, усмерава се помоћу огледала Р према удаљеном огледалу О (9 километара далеко). После одбијања од огледала сноп светлости се враћа натраг и пада на дурбин за посматрање. На путу између огледала Р и О постављен је точак са зупцима, чија брзина окретања може да се мења.

Када точак мирује, светлосни сноп пролази кроз отвор између два суседна зупца и смеру према огледалу и враћа се после одбијања истим путем до дурбина за посматрање. Ако се точак обрће, светлосни сноп који је прошао између два зубца према огледалу, може при повратку или да прође између два зубца или да наиђе на зубац који спречава његов долазак до дурбина, што зависи од брзине обртања точка. Мењањем брзине обртања точка може да се подеси да при одређеној брзини, светлосни сноп прође у смеру од огледала кроз суседни отвор, у односу на отвор кроз који је прошао према огледалу.

На основу брзине обртања точка може да се израчуна време за које је светлосни сноп прешао пут између огледала и назад.

На овакав начин Физо је добио да брзина светлости износи $313870\frac{km}{s}$ , што је за око 5% више него права вредност, али било је то врло прецизно мерење за то време када је оно изведено.

Земаљске методе за одређивање брзине светлости су усавршаване. Физо је користио у свом огледу растојање између огледала и точка од неколико километара. У савременим методама у лабораторији довољно растојање за мерење дужина пута светлости је неколико метара. Такође, усавршавањем метода за мерење временских интервала омогућило је већу прецизност, чиме је побољшана тачност измерене вредности брзине светлости.

Према савременим усвојена бројна вредност брзине светлости у вакууму износи:

$(2997925\pm 2)\cdot 10^{2}\frac{m}{s}$