Как ученые узнали, что скорость света 299 792 458 м/с

Одним из первых наблюдаемых фактов о свете было то, что он был быстрее, чем звук. Когда что-то производило громкий звук вместе с ярким светом, например, выстрел из пушки, то свет всегда доходил до наблюдателя раньше звука. Трудность в количественном определении этой задержки заключалась в огромной разнице в скорости двух явлений и отсутствии точных часов. Звук имеет скорость 331,3 м/с (при температуре 00 ° C, 0% влажности и атмосферном давлении 788 мм рт. ст.), тогда как свет движется со скоростью 299 792 458 м/с. Ранним исследователям казалось, что свет перемещается мгновенно. В течение многих столетий скорость света была философской концепцией. Мнения об этом разделялись: одни считали, что скорость света бесконечна, другие утверждали, что она должна быть конечна и измерима.

Изобретение более точных часов помогло произвести первый реалистичный расчет скорости света. Один из первых экспериментов, дающих приблизительную оценку скорости света провел Оле Кристенсен Ремер в 1676 году.




Чтобы измерить скорость света он использовал орбитальное движение луны Юпитера Ио. Когда Юпитер был ближе всего к Земле Ремер зафиксировал точный момент, когда Ио вошел в тень Юпитера и через несколько месяцев сравнил это время со временем вхождения Ио в тень Юпитера, когда Юпитер находился на большем известном расстоянии от Земли. Таким образом, по его расчетам скорость света составила 220 000 000 м/с. В 1728 году эта оценка была улучшена Джеймсом Брэдли, который измерил наблюдаемое движение звезд в разное время по сравнению со скоростью Земли на ее орбите. Его расчет в 298 000 000 м/с был принят как более точная величина.




По мере увеличения точности часов и улучшения технологий изготовления часовых механизмов стало возможным разделять промежутки времени на более меньшие сегменты. Первая земная мера скорости света появилась в 1849 году, когда Ипполит Физо использовал механический аппарат для измерения скорости света. Он использовал луч света, сфокусированный на зеркале, расположенном на расстоянии нескольких тысяч метров. Заставляя свет проходить сквозь вращающееся зубчатое колесо, он обнаружил, что при определенном повороте свет будет проходить через зубчатое колесо как в прямом, так и в обратном направлениях. Расчет, основанный на комбинации расстояния источника света от зубчатого колеса, количества зубьев зубчатого колеса и скорости вращения зубчатого колеса, обеспечивал скорость 313 000 000 м/с.




Этот тип эксперимента был позже уточнен с использованием вращающихся зеркал и призмы, в результате в 1926 году скорость света была оценена как 299 796 000 м/с . Для дальнейшего уточнения этого числа потребовалось появление осциллографов с временным разрешением для дальнейшего уточнения этого числа путем измерения задержки светового импульса от лазера или светодиода.

Одним из интересных свойств света является то, что его наблюдаемая скорость снижается, когда он проходит через среду, отличную от вакуума. Преломление света при его переходе из воздуха в воду является видимым проявлением замедления света при его движении в более плотной среде. Это привело ученых к изучению концепции «медленного света» путем увеличения показателя преломления различных сред. Можно увеличить путь, по которому фотоны должны проходить через среду, используя специальные условия, такие как конденсат Бозе-Эйнштейна ( такое состояние вещества, основу которого составляют бозоны, при температуре близкий к абсолютному нулю). В конденсате Бозе-Эйнштейна ученым удалось замедлить измеряемую скорость света до 1 м/с.

С 1983 года скорость света рассматривалась как определенная константа. В качестве постоянной величины она функционирует как абсолютная мера расстояния (1 метр = путь, пройденный светом за 1/299 792 458 секунды).