Ljusets hastighet är också en viktig parameter för ljus, dess bestämning i historien om utvecklingen av optik har en mycket speciell och viktig betydelse, inte bara för att främja den djupa utvecklingen av optiska experiment, utan också för att bryta det traditionella konceptet med ljusets hastighet oändlig. I utvecklingen av den teoretiska studien av fysik ger bestämningen av ljusets hastighet för partikelteorin och fluktuationsteorin för debatten en grund för bedömning, och främjar i slutändan upptäckten och utvecklingen av Einsteins relativitetsteori.
Hur ljusets hastighet mäts
1. Prolog till mätningen av ljusets hastighet
Det fanns en tvist inom fysiken om ljusets hastighet. Både Kepler och Descartes trodde att ljuset färdades utan tid och på ett ögonblick. Galileo trodde att ljusets hastighet, även om den var ovanligt snabb, kunde mätas, och 1607 genomförde Galileo det tidigaste experimentet för att mäta ljusets hastighet. Galileos mätmetod är att låta två personer stå 1,6093 km från varandra på toppen av två berg med varsin lampa, den första personen som höjer lampan, när den andra personen såg den första personens lampa höjde sin egen lampa omedelbart, från kl. den första personen att höja lampan för att se den andra personens lampa är intervallet mellan ljusutbredningstiden, och sedan enligt avståndet mellan de två platserna kommer att kunna få ljusets utbredningshastighet. Men på grund av ljusets utbredningshastighet är för snabb, tillsammans med observatören måste också ha en viss reaktionstid, så Galileos försök lyckades inte, men Galileos experiment är öppningen av mänsklighetens historia på ljusets utbredningshastighet för att mäta upptakten till studien.
2. Astronomisk mätning
År 1676 föreslog den danske astronomen Rømer först en mer effektiv metod för att mäta ljusets hastighet. Vilken periodisk process som helst kan användas som en "klocka", och han lyckades hitta Jupiters klocka, som är mycket långt borta från jorden: en satellit som förmörkas av Jupiter varje viss period. Han observerade att tiden mellan två på varandra följande satellitförmörkelser, när jorden tillbaka från Jupiters rörelse, än jordens rörelse mot Jupiter längre än tidsskillnaden på cirka 15 s. Romer genom observation av Jupiters satellitförmörkelser och jordens omloppsdiameter för ljusets hastighet: 214300 km per sekund. detta värde från ljusets hastighet av noggrannheten av värdet av skillnaden är mycket stort, men det här är inte mätmetoden är inte rätt, det viktigaste är att då Vet radien för jordens omloppsbana är bara en approximation, medan mätningen av satellitförmörkelseperioden inte är tillräckligt exakt. Senare använde forskare den fotografiska metoden för att mäta tiden för Jupiters satellitförmörkelser, och noggrannheten i mätningen av jordens omloppsradie förbättrades, med hjälp av Romer-metoden för att hitta ljusets utbredningshastighet är 299840 per sekund 60 km, mycket nära det exakta värdet av de moderna laboratoriemätningarna.
År 1728 mätte den engelske astronomen Bradley ljusets hastighet med hjälp av metoden för ljusresande skillnader mellan stjärnor. Medan han observerade stjärnor på jorden märkte Bradley att stjärnornas uppenbara positioner ständigt förändrades, och att inom ett år verkade alla stjärnor kretsa runt en ellips med lika långa axlar runt zenit under en vecka. Han tillskrev detta fenomen till det faktum att det tog lite tid för ljuset från stjärnorna att resa till marken, och att jorden under denna tid hade ändrat position genom rotation, varifrån han mätte ljusets hastighet till 299 930 km per andra.
3. Växelmätning
År 1849 använde den franske forskaren Fissot först en designad experimentell enhet för att bestämma ljusets utbredningshastighet, och hans mätprincip liknade Galileos. Han placerade en punktljuskälla i linsens brännpunkt, mellan linsen och ljuskällan för att sätta ett kugghjul, i linsen på andra sidan av bortre sidan av den andra linsen och en plan spegel placerad i tur och ordning, plan spegel är placerad i fokus för den andra linsen. Punkt ljuskälla som avges av ljuset genom kugghjulen och linserna till parallellt ljus, parallellt ljus genom den andra linsen och sedan i den plana spegeln samlad vid en punkt, i den plana spegeln efter reflektion i den ursprungliga vägen tillbaka. Eftersom växeln har ett gap och tänder, när ljuset passerar genom gapet när observatören kan se returljuset, när ljuset råkar möta kommer tänderna att skymmas. Tiden från början till det första försvinnandet av det återkommande ljuset är den tid det tar för ljuset att göra en tur och retur, och enligt växlarnas hastighet är den här tiden inte svår att ta reda på. På detta sätt mätte Fischer ljusets hastighet till 315,000 kilometer per sekund, och eftersom kugghjulen hade en viss bredd var det svårt att exakt mäta ljusets utbredningshastighet med denna metod.
År 1850 förbättrade den franske fysikern Foucault Fissos metod genom att endast använda en lins, en roterande plan spegel och en konkav spegel. Parallellt ljus konvergerar mot mitten av den konkava spegeln genom den roterande plana spegeln, och samma rotationshastighet för den plana spegeln kan användas för att hitta ljusstrålens tur och returtid, och ljusets hastighet mätt på detta sätt är 298 ,000km per sekund.
4. Mikrovågsmätningsmetod
Ljusvågor är en liten del av det elektromagnetiska spektrumet, forskare av det elektromagnetiska spektrumet av varje typ av elektromagnetiska vågparametrar utförs precisionsmätningar. 1950 föreslog Eisen en kavitetsresonansmetod för att mäta ljusets hastighet. Mätprincipen är: Mikrovågsugn genom kaviteten, när dess frekvens är ett visst värde kommer att resonera, resonansvåglängden λ och resonanshåligheten för omkretsen av omkretsen av förhållandet mellan R som:
R=2.404825λ
Och sedan enligt produkten av våglängd och frekvens kommer att få ljusets hastighet. Genom att noggrant mäta resonanshålighetens diameter kan den exakta resonansvåglängden bestämmas, medan kavitetens diameter kan mätas noggrant med interferometriska metoder, den elektromagnetiska frekvensen kan noggrant bestämmas genom steg-för-steg differentialfrekvensmetod. Eisen med sin föreslagna metod för att få ljusets hastighet för 299792,5 s 1km per sekund, mätnoggrannheten på 10-7.
5. Lasermätning
År 1972 använde National Institute of Standards and Technology (NIST) i Boulder, Colorado, USA, laserinterferometri för att bestämma ljusets hastighet, vilket gav c=299792456.2±1.1m/s och erhöll en mätnoggrannhet upp till 10-9, vilket är 100 gånger mer exakt än föregående mätning. Eftersom liknande experiment gav liknande värden för ljusets hastighet, rekommenderade den 17:e internationella konferensen om vikter och mått 1983 299792458 m/s som värde för ljusets hastighet.
Bildkronologi för ljushastighetsmätningar
Ljushastigheten har varit på en resa på mer än 300 år av mätningar och har äntligen slutförts. I undersökningsprocessen kombinerade forskare perfekt teori och praktik, beräkning och mätning och fick till slut ett exakt värde på ljusets hastighet.
Bestämningen av ljusets hastighet påverkar inte bara definitionen av enheten "meter", utan hjälper också till med ytterligare forskning. Standardenheter som ljusets hastighet och "mätaren" kan verka triviala, men de har bevittnat utvecklingen av den mänskliga civilisationen. Vetenskapen har inga gränser, och mänsklighetens resa för att utforska världen har precis börjat.
