Brzina svjetlosti također je važan parametar svjetlosti, njezino određivanje u povijesti razvoja optike ima vrlo poseban i važan značaj, ne samo za promicanje dubokog razvoja optičkih eksperimenata, već i za razbijanje tradicionalnog koncepta brzina svjetlosti beskonačna. U razvoju teorijskog proučavanja fizike, određivanje brzine svjetlosti za teoriju čestica i teoriju fluktuacije rasprave daje osnovu za prosudbu, te u konačnici promiče otkriće i razvoj Einsteinove teorije relativnosti.
Kako se mjeri brzina svjetlosti
1. Prolog mjerenja brzine svjetlosti
U fizici se vodio spor oko brzine svjetlosti. I Kepler i Descartes vjerovali su da svjetlost putuje bez vremena iu trenutku. Galileo je vjerovao da se brzina svjetlosti, iako neobično velika, može izmjeriti, a 1607. godine Galileo je izveo najraniji eksperiment za mjerenje brzine svjetlosti. Galileova metoda mjerenja je da pusti dvoje ljudi da stoje 1,6093 km udaljeni jedan od drugog na vrhu dviju planina, svaki sa svjetiljkom, prva osoba koja je podigla svjetiljku, kada je druga osoba vidjela svjetiljku prve osobe odmah je podigla svoju svjetiljku, od prva osoba koja podigne svjetiljku da vidi svjetiljku druge osobe je interval između vremena širenja svjetlosti, a zatim će prema udaljenosti između dva mjesta moći dobiti brzinu širenja svjetlosti. Međutim, zbog brzine širenja svjetlosti je prebrza, zajedno s promatračem također mora imati određeno vrijeme reakcije, tako da Galileovi pokušaji nisu uspjeli, ali Galilejev eksperiment je otvaranje ljudske povijesti o brzini širenja svjetlosti za mjerenje uvod u studij.
2. Astronomska mjerenja
Godine 1676. danski astronom Rømer prvi je predložio učinkovitiju metodu mjerenja brzine svjetlosti. Bilo koji periodični proces može se koristiti kao "sat", a on je uspio pronaći Jupiterov sat koji je vrlo daleko od Zemlje: satelit kojeg Jupiter zasjenjuje u svakom određenom razdoblju. Primijetio je da je vrijeme između dvije uzastopne pomrčine satelita, kada se Zemlja vratila od kretanja Jupitera, dulje od kretanja Zemlje prema Jupiteru od vremenske razlike od oko 15 s. Romer kroz promatranje pomrčina Jupiterovih satelita i promjera Zemljine orbite brzine svjetlosti: 214300km u sekundi. ova vrijednost iz brzine svjetlosti točnosti vrijednosti razlike je vrlo velika, ali to nije metoda mjerenja nije ispravna, glavna stvar je da tada Znajte radijus Zemljine orbite je samo aproksimacija, dok mjerenje perioda pomrčine satelita nije dovoljno točno. Kasnije su znanstvenici upotrijebili fotografsku metodu za mjerenje vremena pomrčina Jupiterovog satelita, a točnost mjerenja polumjera Zemljine orbite je poboljšana, koristeći Romerovu metodu kako bi utvrdili da je brzina širenja svjetlosti 299840 u sekundi 60 km, vrlo blizu točne vrijednosti modernih laboratorijskih mjerenja.
Godine 1728. engleski astronom Bradley izmjerio je brzinu svjetlosti koristeći metodu razlike zvijezda koja putuje svjetlosti. Dok je promatrao zvijezde na Zemlji, Bradley je primijetio da se prividni položaji zvijezda stalno mijenjaju, te da se u roku od godinu dana činilo da sve zvijezde tjedan dana kruže oko elipse s jednakim poluosima duljine oko zenita. On je ovaj fenomen pripisao činjenici da je trebalo neko vrijeme da svjetlost sa zvijezda stigne do Zemlje, i da je za to vrijeme Zemlja rotacijom promijenila položaj, iz čega je on izmjerio brzinu svjetlosti na 299,930 km po drugi.
3. Mjerenje zupčanika
Godine 1849. francuski znanstvenik Fissot prvi je upotrijebio dizajnirani eksperimentalni uređaj za određivanje brzine širenja svjetlosti, a njegov princip mjerenja bio je sličan Galilejevom. Postavio je točkasti izvor svjetlosti u žarišnu točku leće, između leće i izvora svjetlosti kako bi stavio zupčanik, u leću s druge strane udaljene strane druge leće i ravno zrcalo postavljeno zauzvrat, ravno zrcalo nalazi se u fokusu druge leće. Točkasti izvor svjetlosti izdaje svjetlost kroz zupčanike i leće u paralelno svjetlo, paralelno svjetlo kroz drugu leću, a zatim u ravnom zrcalu skupljeno u točku, u ravnom zrcalu nakon refleksije u izvornom putu natrag. Budući da zupčanik ima razmak i zupce, kada svjetlost prolazi kroz procjep kada promatrač može vidjeti povratno svjetlo, kada se svjetlo susretne sa zupcima bit će zasjenjeno. Vrijeme od početka do prvog nestanka povratnog svjetla je vrijeme koje je svjetlu potrebno da napravi jednu kružnu vožnju, a prema brzini zupčanika to vrijeme nije teško saznati. Na taj je način Fischer izmjerio brzinu svjetlosti od 315,000 kilometara u sekundi, a budući da su zupčanici bili određene širine, ovom je metodom bilo teško točno izmjeriti brzinu širenja svjetlosti.
Godine 1850. francuski fizičar Foucault poboljšao je Fissovu metodu koristeći samo leću, rotirajuće ravno zrcalo i konkavno zrcalo. Paralelna svjetlost konvergira u središtu konkavnog zrcala kroz rotirajuće ravno zrcalo, a ista rotacijska brzina ravnog zrcala može se upotrijebiti za pronalaženje vremena povratnog putovanja svjetlosnog snopa, a brzina svjetlosti izmjerena na ovaj način je 298 ,000km u sekundi.
4. Mikrovalna metoda mjerenja
Svjetlosni valovi su mali dio elektromagnetskog spektra, znanstvenici elektromagnetskog spektra svake vrste parametara elektromagnetskih valova provode precizna mjerenja. 1950. Eisen je predložio metodu rezonancije šupljine za mjerenje brzine svjetlosti. Princip mjerenja je: Mikrovalna pećnica kroz šupljinu, kada je njegova frekvencija određena vrijednost će rezonirati, rezonantna valna duljina λ i rezonantna šupljina oboda oboda odnosa između R kao:
R=2.404825λ
I onda ćemo prema umnošku valne duljine i frekvencije dobiti brzinu svjetlosti. Točnim mjerenjem promjera rezonantne šupljine može se odrediti točna valna duljina rezonancije, dok se promjer šupljine može točno izmjeriti interferometrijskim metodama, elektromagnetska frekvencija može se točno odrediti metodom diferencijalne frekvencije korak po korak. Eisen je svojom predloženom metodom dobio brzinu svjetlosti od 299792,5 s 1 km u sekundi, točnost mjerenja od 10-7.
5. Lasersko mjerenje
Godine 1972. Nacionalni institut za standarde i tehnologiju (NIST) u Boulderu, Colorado, SAD, upotrijebio je lasersku interferometriju za određivanje brzine svjetlosti, dajući c=299792456.2±1.1m/s, i dobivajući točnost mjerenja do 10-9, što je 100 puta preciznije od prethodnog mjerenja. Budući da su slični pokusi dali slične vrijednosti za brzinu svjetlosti, 17. međunarodna konferencija o utezima i mjerama 1983. preporučila je 299792458m/s kao vrijednost za brzinu svjetlosti.
Slika Kronologija mjerenja brzine svjetlosti
Brzina svjetlosti bila je na putu od više od 300 godina mjerenja i konačno je finalizirana. U procesu istraživanja znanstvenici su savršeno spojili teoriju i praksu, proračun i mjerenje te na kraju dobili točnu vrijednost brzine svjetlosti.
Određivanje brzine svjetlosti ne samo da utječe na definiciju jedinice "metar", već pomaže i u daljnjim istraživanjima. Standardne jedinice kao što su brzina svjetlosti i "metar" mogu se činiti trivijalnim, ali one su svjedoci napretka ljudske civilizacije. Znanost nema granica, a putovanje čovječanstva u istraživanje svijeta tek je počelo.
