"Bilim mantıklı" Işık hızı çok hızlı, bilim adamları onu nasıl ölçüyor?
Yüz yıldan daha uzun bir süre önce, insanlık tarihinin en büyük bilim adamı Einstein bize şöyle demişti: Işığın hızı, evrendeki en hızlı hızdır ve hiçbir şey ışık hızını geçemez.
Bugüne kadar, ara sıra ortaya çıkan süper ışık fenomenine rağmen, çoğu bilim insanı bu teoriyi hala bir standart olarak görüyor ve çoğu zaman bu süper parlak fenomenlerin sorunlarını açıklamak için kanıtlar buluyor. Bu nedenle, ışık hızının evrendeki en yüksek hız olarak konumu kırılmaz kalır.
Peki, bilim adamları bu kadar hızlı bir ışık hızını nasıl ölçüyor?
Aslında ışık hızının ölçülmesi uzun bir süreçten geçti. İnsanlığın bilgeliği ilerlemeye devam ediyor ve bu büyük amaç nihayet tamamlandı. Bugün, bilim adamlarının ışık hızını nasıl ölçtüğüne bir göz atalım.
Aristo
Aristoteles, antik Yunan döneminin ünlü bir temsilcisidir (Yunan olmasa da) Bazı teorileri yıkılmış olsa da, o dönemde çok popülerdi ve hatta cennete kadar dayandı.
Aristoteles'in temsil ettiği eski Yunanlılar da ışık hızının en hızlı olduğuna inanıyorlardı. Ancak Einstein'dan farklı olarak, ışık hızının sınırsız olduğuna inanıyorlar, bu da sözde aşırı mesafe etkisi. Diğer bir deyişle, ne kadar uzakta olursa olsun, ışık bir ucu parlak olabilir ve diğer ucu aynı anda ışığı alabilir. Bu nedenle, onlar için ışık hızını ölçmek tamamen saçma ve gereksizdir.
Bu onlara suçlanamaz, ne de olsa o zamanlar dünyanın mesafesi onların kontrollerinin dışındaydı ve Avrupa'nın mesafesini kontrol etmek imkansızdı. Bu nedenle, hem yaşamlarının kapsamı hem de bilimsel anlayışları, ışık hızında sınırlamalara yol açmıştır.
Galileo
Herkesin zihninde Galileo, Aristoteles'i en çok vurabilecek kişidir. Aslında, Eğik Pisa Kulesi deneyi temelde tahrif edildi. Bununla birlikte, Galileo'nun sorgulamaya ve denemeye cesaret etme ruhu gerçekten de doğrudur.
Sınırsız ışık hızına inanmadı ve kendi başına deney yapmakta ısrar etti. Böylece o ve asistanı iki tepeye tırmandı ve deneyler yaptı. Deneyinin prensibi çok basittir: Asistan çok parlak bir lambayı tutar ve onu tahta bir tahta ile engeller. Daha sonra asistan tahtayı çıkarıp ışığı ortaya çıkardı.Galileo, asistanın tahtayı kaldırması ile ışığı görmesi arasındaki zaman farkını hesapladı. Zamana bölünen mesafe ışık hızı idi.
Şimdi Galileo'nun bu deneyinin sonuç almasının imkansız olduğunu biliyoruz, çünkü ışık hızı çok hızlı. İki dağdan bahsetmiyorum bile, dünyanın her iki ucunda da dursalar ve ışığın hızı bir uçtan diğerine hareket etseler bile (çevreye göre değil çapa göre hesaplıyoruz), sadece 0.05 saniyeden az sürecektir, bu da 50 milisaniye. Sporcular için bile reaksiyon hızı 150 milisaniyeye ihtiyaç duyar. Bu nedenle Galileo'nun yöntemiyle ışığın hızını ölçmek imkansızdır ve en fazla tepki hızını ölçmektir. Bu bağlamda kendisi itiraf etti.
Romer
- Kasıtsız
Galileo başarısız olmasına rağmen, katkısı ışık hızını ölçmeyi mümkün kıldı. Deneyi bize şunu söylüyor: Işık hızını ölçmek için daha büyük bir mesafeye sahip olmalısınız. Ve daha önemli katkısı başkalarına şunu söylemektir: teleskoplar gökyüzünü ve gezegeni görebilir. Ek olarak, Jüpiter'in dört uydusunu da keşfetti ve bunlara Galileo uyduları deniyor. Bunların arasında Io, ışığın hızını ölçmede önemli bir rol oynadı.
1676'da Ole Romer adında bir adam yanlışlıkla ışık hızını ölçtü.
Bundan bahsetmişken, bu da kasıtlı değil çünkü sadece Io'nun devrim dönemini astronomide doğru bir "saat" olarak ölçmek istiyor. Bu ölçüm yöntemi aslında çok basit.Io, Jüpiter'in güneş ışığını engellediği bir konuma giderse onu göremeyiz, bu gölgeden çıkarsa görebiliriz.
Bu şematik diyagramı görebilirsiniz, A güneş, EFGHLK'nın bulunduğu daire dünyanın yörüngesidir ve B Jüpiter'dir. Io, CD'ler arasındaki gölgeye çarptığında, onu göremiyoruz. bu nedenle İki görünüşü arasındaki zaman farkı defalarca ölçüldüğü müddetçe devrim dönemi bilinecektir.
Sonuç olarak, sorun ortaya çıkar: her belirli periyotta ölçülen veriler farklıdır.
Luo, bunun Io'nun astrofizik yasalarına uymayan düzensiz çalışmasından kaynaklanamayacağını kabul etti. Tek açıklama Işık anında hareket etmez, ışık hızı sınırlıdır . Bu nedenle, ışığın hızını ölçmek için bu keşfi kullanmak üzere döndü.
- Büyüklüğü belirle
Yine yukarıdaki resimde, güneş sistemine dünyanın kuzey kutbunun üzerinden baktığımızı varsayalım, sonra dünya, Jüpiter ve Io'nun hepsi saat yönünün tersine dönüyor. Dünya F noktasına hareket ederse ve Io'nun Jüpiter tarafından engellendiğini (kaybolduğunu) bulursa, yani Io C noktasındayken. Işık hızı zaman aldığından Aslında, Io'nun F noktasında C noktasına vardığını gördüğümüzde, bu birkaç dakika önceydi. , Aslında zaten CD'ler arasında.
Io D noktasında yeniden göründüğünde (şu anda takip ediyor), dünya G noktasına hareket etmiş olabilir (size kolaylık sağlamak için, gerçeği anladığımız sürece oran çok dengesiz olacaktır). Benzer şekilde, Io'nun F noktasında bir gecikmeyle C noktasına ulaştığını gördüğümüz gibi, Io G noktasında D noktasına ulaştığında, aslında birkaç dakika önceydi.
Jüpiter ve Io
Jüpiter'in devir hızı nispeten yavaş olduğu için, temelde hareket etmediğini düşünüyoruz. Daha sonra, belli ki DG'nin uzunluğu CF'den daha kısadır. Bu nedenle, gecikmeler olmasına rağmen, DG mesafesi CF'den daha kısadır, bu nedenle gecikme nispeten kısadır. Bu, FG'ler arasında ölçtüğümüz gibi Io'nun kaybolduğu sürenin, gerçekte ortadan kaybolduğu zamandan biraz daha kısa olduğu anlamına gelir.
Gözlerin bağlı mı
En temel kısım için, bir benzetme yapalım.
Diyelim ki Glory of Kings oynuyorsunuz, ancak ağ çok yavaş. Oyun başladığında hala gecikiyorsunuz ve açılıştan 10 saniye sonra oyuna giriyorsunuz. WiFi'yi açmayı unuttuğunuzu öğrendiniz, bu yüzden WiFi'ye geçtiniz. Ancak WiFi sinyali iyi değil, 8 saniyelik gecikmeyle trafikten sadece biraz daha hızlı. Sonuç olarak oyun sona erdi.Sonucu öğrenmek için kanyonda 8 saniye koştunuz yani tüm oyun 15 dakika sürdüyse sadece 14 dakika 58 saniye oynadınız.
anladım?
Tersine, dünya Jüpiter'den uzak olduğunda durum tam tersidir. Dünya, Io'nun L'de C'de kaybolduğunu ve Io'nun K'de D'de göründüğünü bulduğunda, gecikme etkisi de dikkate alınmalıdır. Bu sefer, oyunu oynamak için oyuna girmek için WiFi kullanmaya eşdeğerdir, ancak daha yavaş bir akış kullanmak için WiFi yarı yolda kesilir, bu nedenle oyun süreniz, dünyanın ölçtüğü Io'nun kaybolması olan oyunun gerçek süresinden daha uzundur. Ortaya çıkma süresi, Io'nun gerçek kaybolma-görünme süresinden daha uzundur.
Sonra Romer başladı Hipotez : Işık hızının dünyanın çapına eşit olduğunu ve Io'nun bir devri sırasında dünyanın hareket ettiği mesafenin dünyanın çapının 210 katı olduğunu varsayalım (hangi varsayıma dayandığını bilmiyorum), o zaman Io'nun ışığının dünyaya gitme süresi alacaktır Üç buçuk dakikalık 210 saniyelik bir fark var (yani, gerçek oyun süresi ile oynadığınız zaman arasındaki fark). Diğer bir deyişle, Dünya Jüpiter'e yaklaştığında Io'nun kaybolması 3,5 dakika kısa olacak ve uzaktaysa 3,5 dakika artı 7 dakika sürecektir.
Gerçek gözlem sonucu, ikisi arasındaki farkın 7 dakika olmaması ve farkın çok fazla olmasıdır. Görülebilir ki Işığın bir saniyedeki yayılma hızı dünyanın çapını çok aşıyor . Işık hızının büyüklüğünün saniyede yaklaşık 10 ila 8 metrekare olduğunu tahmin etti.
Bahsetmiyorum bile, mevcut veriler gerçekten bir büyüklük sırasıdır - ancak varsayımları da biraz çirkin.
- Kaba hesaplama
Öyleyse, büyüklüğü belirledikten sonra daha kesin olabilir mi?
Yapabilmek.
Ionun devrim dönemi için, tamamen doğru olmasa da, temelde bir sorun yok, yaklaşık 42.5 gün. Diğer bir deyişle, gözlem pozisyonu aynı kalırsa, Io'nun kaybolma süresi de 42,5 gün olmalıdır. Ve konum değişirse, buna ışık hızından kaynaklanır.
1668'den 1678'e kadar Romer, 11 yıl boyunca gözlem yapmaya devam etti (daha önce çok şey söyledim, korkarım Romer'in kim olduğunu unuttun ...). Ölçüm, dünya Jüpiter'den en uzak olduğunda Io'nun en yakın yerden 22 dakika sonra ortadan kaybolduğunu buldu. Ve bu sefer, dünyanın her iki tarafına getirdiği ışık hızının hareket zamanıdır. Bu nedenle, dünyanın yarıçapı sorunu çözüldüğü sürece, ışık hızı sorunu çözülebilir.
Bununla birlikte, güneş ile dünya arasındaki mesafeyle ilgili [Bilim mantıklı] sütunundaki önceki sayımızı hatırlarsanız, insanların şu anda güneş ile dünya arasındaki mesafeyi doğru bir şekilde ölçmediğini göreceksiniz. Bu nedenle Romer zamanı ölçtü ama mesafe yok, bu nasıl hız olarak sayılır?
Aslında, Romer'in hesaplaması burada bitiyor. Pek çok insan Romer'in ışık hızını ilk kez hesapladığını düşünüyor, ancak aslında o sadece bir referans verdi. Ek olarak, karmaşık hesaplamalar yoluyla, ışığın saniyede kat ettiği mesafenin dünyanın çapından daha büyük olduğu, başka bir şey olmadığı sonucuna vardı.
Makalesi yayınlandıktan sonra Huygens tarafından görüldü. Güneş ile dünya arasında kabaca bir mesafe olan astronomik verilerine dayanarak saniyede yaklaşık 220.000 kilometre ışık hızı elde etti. Aynı zamanda, Newtonun hesaplaması saniyede 210.000 kilometredir. Neye dayanarak hesapladığını söylemedi, bu yüzden Romer'in akademik başarılarından yararlanmadığına inanmak zor. Niu Amca ve Hui Amca, ışığın dalga mı yoksa parçacık mı olduğunu tartışıyorlar, bu yüzden Newton'un Huygens'in gerisine düşmeye isteksiz olması ve gizlice "ödev kopyalamak" da mümkündür ~
Açıktır ki, ister Huygens ister Newton olsun, ölçülen ışık hızı, modern verilerin yaklaşık% 70'i hatalı. Bunun nedeni insanların Güneş-dünya mesafesi Doğru veriler olmadan bu sapma meydana geldi.
Elbette güneş ile dünya arasındaki mesafe bilinse bile Romer'in verileri doğru değil. Enstrümanın o andaki hassasiyeti, Jüpiter'in hareketi gibi hatalara neden olabilecek birçok faktör vardır. Elbette, Jüpiter'in hareketi nihayetinde güneş ile dünya arasındaki mesafeye atfedilecektir, çünkü güneş ile dünya arasındaki mesafe belirlendiğinde, Jüpiter'in yörüngesi belirlenebilir.
Her halükarda, 16. yüzyıldaki insanlar için bu seviyeyi ölçebilmek zaten oldukça güçlü.
Daha doğru veriler yaklaşık 200 yıl sonrasına kadar beklemek zorunda kalacak, bunu bir sonraki sayıda tanıtacağız ~
İlgili makale: Bilim mantıklı: Bilim adamları güneş ile dünya arasındaki mesafeyi nasıl ölçüyor? Sekiz gezegenin uzaklığı nasıl hesaplanır
