Kecepatan cahaya juga merupakan parameter penting cahaya, penentuannya dalam sejarah perkembangan optik memiliki arti yang sangat khusus dan penting, tidak hanya untuk mendorong pengembangan eksperimen optik secara mendalam, tetapi juga untuk mendobrak konsep tradisional tentang cahaya. kecepatan cahaya tak terbatas. Dalam perkembangan kajian teori fisika, penentuan kecepatan cahaya untuk teori partikel dan teori fluktuasi menjadi perdebatan yang memberikan dasar penilaian, dan pada akhirnya mendorong penemuan dan pengembangan teori relativitas Einstein.
Bagaimana kecepatan cahaya diukur
1. Prolog Pengukuran Kecepatan Cahaya
Ada perselisihan dalam fisika tentang kecepatan cahaya. Baik Kepler maupun Descartes percaya bahwa cahaya merambat tanpa waktu dan dalam sekejap. Galileo percaya bahwa kecepatan cahaya, meskipun sangat cepat, dapat diukur, dan pada tahun 1607, Galileo melakukan eksperimen paling awal untuk mengukur kecepatan cahaya. Cara pengukuran Galileo adalah dengan membiarkan dua orang berdiri terpisah 1,6093km di puncak dua gunung, masing-masing membawa lampu, orang pertama yang menaikkan lampu, ketika orang kedua melihat lampu orang pertama langsung mengangkat lampunya sendiri, dari orang pertama yang menaikkan lampu untuk melihat lampu orang kedua adalah selang waktu rambat cahaya, kemudian menurut jarak antara kedua tempat tersebut akan diperoleh kecepatan rambat cahaya. Namun karena kecepatan rambat cahaya yang terlalu cepat, ditambah lagi dengan pengamat juga harus mempunyai waktu reaksi tertentu, sehingga usaha Galileo tidak berhasil, namun percobaan Galileo ini merupakan pembuka sejarah manusia mengenai kecepatan rambat cahaya untuk mengukur kecepatan rambat cahaya. pendahuluan untuk belajar.
2. Pengukuran Astronomi
Pada tahun 1676, astronom Denmark Rømer pertama kali mengusulkan metode yang lebih efektif untuk mengukur kecepatan cahaya. Proses periodik apa pun dapat digunakan sebagai "jam", dan ia berhasil menemukan jam Yupiter, yang letaknya sangat jauh dari Bumi: sebuah satelit yang digerhana Yupiter setiap periode tertentu. Ia mengamati bahwa waktu antara dua gerhana satelit berturut-turut, saat pergerakan Bumi mundur dari Jupiter, dibandingkan pergerakan Bumi menuju Jupiter lebih lama dengan perbedaan waktu sekitar 15 detik. Romer melalui pengamatan gerhana satelit Yupiter dan diameter orbit Bumi kecepatan cahaya: 214300km per detik. nilai ini dari kecepatan cahaya ketelitian nilai selisihnya sangat besar, namun ini bukan cara pengukurannya yang kurang tepat, yang penting kemudian Mengetahui jari-jari orbit bumi hanyalah perkiraan saja, sedangkan pengukuran periode gerhana satelit kurang akurat. Belakangan, para ilmuwan menggunakan metode fotografi untuk mengukur waktu gerhana satelit Yupiter, dan keakuratan pengukuran radius orbit bumi ditingkatkan, dengan menggunakan metode Romer untuk mengetahui kecepatan rambat cahaya adalah 299840 per detik 60km, sangat dekat dengan nilai akurat pengukuran laboratorium modern.
Pada tahun 1728, astronom Inggris Bradley mengukur kecepatan cahaya menggunakan metode perbedaan perjalanan cahaya bintang. Saat mengamati bintang-bintang di Bumi, Bradley memperhatikan bahwa posisi bintang-bintang terus berubah, dan dalam satu tahun semua bintang tampak mengorbit elips dengan sumbu setengah panjang yang sama di sekitar puncak selama seminggu. Ia mengaitkan fenomena ini dengan fakta bahwa cahaya bintang membutuhkan waktu beberapa saat untuk sampai ke bumi, dan selama waktu tersebut bumi telah berubah posisi melalui rotasi, yang darinya ia mengukur kecepatan cahaya menjadi 299.930 km per satuan waktu. Kedua.
3. Pengukuran Gigi
Pada tahun 1849, ilmuwan Perancis Fissot pertama kali menggunakan perangkat eksperimental yang dirancang untuk menentukan kecepatan rambat cahaya, dan prinsip pengukurannya mirip dengan prinsip Galileo. Dia menempatkan sumber cahaya titik di titik fokus lensa, antara lensa dan sumber cahaya untuk memasang roda gigi, di lensa di sisi jauh lensa lain dan cermin datar ditempatkan secara bergantian, the cermin datar terletak pada fokus lensa kedua. Sumber cahaya titik dikeluarkan oleh cahaya melalui roda gigi dan lensa menjadi cahaya paralel, cahaya paralel melalui lensa kedua dan kemudian di cermin datar berkumpul di suatu titik, di cermin datar setelah dipantulkan kembali semula. Karena roda gigi mempunyai celah dan gigi, maka ketika cahaya melewati celah tersebut saat pengamat dapat melihat cahaya yang kembali, maka saat cahaya bertemu dengan gigi tersebut akan menjadi kabur. Waktu dari awal hingga hilangnya cahaya kembali untuk pertama kalinya adalah waktu yang dibutuhkan cahaya untuk melakukan satu kali perjalanan bolak-balik, dan menurut kecepatan roda gigi, waktu ini tidak sulit untuk diketahui. Dengan cara ini, Fischer mengukur kecepatan cahaya menjadi 315,000 kilometer per detik, dan karena roda gigi memiliki lebar tertentu, sulit mengukur kecepatan rambat cahaya secara akurat menggunakan metode ini.
Pada tahun 1850, fisikawan Perancis Foucault menyempurnakan metode Fisso dengan hanya menggunakan lensa, cermin datar berputar, dan cermin cekung. Cahaya paralel berkumpul di pusat cermin cekung melalui cermin bidang yang berputar, dan kecepatan rotasi cermin bidang yang sama dapat digunakan untuk mencari waktu perjalanan pulang pergi berkas cahaya, dan kecepatan cahaya yang diukur dengan cara ini adalah 298 ,000km per detik.
4. Metode pengukuran gelombang mikro
Gelombang cahaya adalah bagian kecil dari spektrum elektromagnetik, para ilmuwan dari spektrum elektromagnetik dari setiap jenis parameter gelombang elektromagnetik melakukan pengukuran presisi. 1950, Eisen mengusulkan metode resonansi rongga untuk mengukur kecepatan cahaya. Prinsip pengukurannya adalah: Microwave melalui rongga, bila frekuensinya bernilai tertentu akan beresonansi, panjang gelombang resonansi λ dan rongga resonansi keliling keliling hubungan antara R sebagai:
R=2.404825λ
Kemudian berdasarkan hasil kali panjang gelombang dan frekuensi akan diperoleh kecepatan cahaya. Dengan mengukur secara akurat diameter rongga resonansi dapat menentukan panjang gelombang resonansi yang tepat, sedangkan diameter rongga dapat diukur secara akurat dengan metode interferometri, frekuensi elektromagnetik dapat ditentukan secara akurat dengan metode frekuensi diferensial langkah demi langkah. Eisen dengan metode usulannya mendapatkan kecepatan cahaya sebesar 299792,5 s 1km per detik, akurasi pengukurannya sebesar 10-7.
5. Pengukuran Laser
Pada tahun 1972, Institut Standar dan Teknologi Nasional (NIST) di Boulder, Colorado, AS, menggunakan interferometri laser untuk menentukan kecepatan cahaya, menghasilkan c=299792456.2±1.1m/s, dan memperoleh akurasi pengukuran hingga 10-9, yang 100 kali lebih akurat dibandingkan pengukuran sebelumnya. Karena eksperimen serupa menghasilkan nilai kecepatan cahaya yang serupa, Konferensi Internasional Berat dan Ukuran ke-17 pada tahun 1983 merekomendasikan 299792458m/s sebagai nilai kecepatan cahaya.
Kronologi Gambar Pengukuran Kecepatan Cahaya
Kecepatan cahaya telah melalui perjalanan pengukuran selama lebih dari 300 tahun dan akhirnya diselesaikan. Dalam proses penyelidikan, para ilmuwan dengan sempurna menggabungkan teori dan praktik, perhitungan dan pengukuran, dan akhirnya memperoleh nilai kecepatan cahaya yang akurat.
Penentuan kecepatan cahaya tidak hanya mempengaruhi definisi satuan “meter”, tetapi juga membantu penelitian lebih lanjut. Satuan standar seperti kecepatan cahaya dan “meter” mungkin tampak sepele, namun telah menjadi saksi kemajuan peradaban manusia. Sains tidak ada batasnya, dan perjalanan umat manusia untuk menjelajahi dunia baru saja dimulai.
