빛의 속도는 빛의 중요한 매개 변수이기도 하며, 광학 발전의 역사에서 빛의 속도가 결정된 것은 매우 특별하고 중요한 의미를 가지며, 광학 실험의 심층적인 발전을 촉진할 뿐만 아니라 전통적인 광학 개념을 깨뜨립니다. 빛의 속도는 무한하다. 물리학의 이론적 연구 발전에 있어서 입자론과 요동론에 대한 논쟁의 광속 결정은 판단의 기초를 제공하고 궁극적으로 아인슈타인의 상대성 이론의 발견과 발전을 촉진한다.
빛의 속도를 측정하는 방법
1. 빛의 속도 측정 프롤로그
물리학에서는 빛의 속도에 관한 논쟁이 있었습니다. 케플러와 데카르트는 빛이 시간 없이 순간적으로 이동한다고 믿었습니다. 갈릴레오는 비록 비정상적으로 빠르기는 하지만 빛의 속도를 측정할 수 있다고 믿었으며, 1607년에 갈릴레오는 빛의 속도를 측정하기 위한 최초의 실험을 수행했습니다. 갈릴레오의 측정 방법은 두 사람이 1.6093km 떨어진 두 산 정상에 각각 등불을 들고 서 있게 하여, 첫 번째 사람이 등불을 들었고, 두 번째 사람이 첫 번째 사람의 등불을 보자 즉시 자신의 등불을 들어올렸다. 첫 번째 사람이 램프를 들어 올려 두 번째 사람의 램프를 보는 것은 빛이 전파되는 시간 사이의 간격이며, 두 장소 사이의 거리에 따라 빛이 전파되는 속도를 얻을 수 있습니다. 그러나 빛의 전파 속도가 너무 빠르기 때문에 관찰자도 일정한 반응 시간을 가져야 하므로 갈릴레오의 시도는 성공하지 못했습니다. 그러나 갈릴레오의 실험은 빛의 전파 속도를 측정하기 위한 인류 역사의 시작이 되었습니다. 연구의 서막.
2. 천문 측정
1676년에 덴마크의 천문학자 뢰머(Rømer)는 빛의 속도를 측정하는 보다 효과적인 방법을 처음으로 제안했습니다. 어떤 주기적인 과정이라도 '시계'로 사용할 수 있으며, 그는 지구에서 아주 멀리 떨어져 있는 목성의 시계, 즉 일정 기간마다 목성에 의해 가려지는 위성을 찾는 데 성공했습니다. 그는 지구가 목성 운동에서 뒤로 물러나는 두 번의 연속 위성 일식 사이의 시간이 목성을 향한 지구의 운동보다 약 15초의 시간 차이보다 길다는 것을 관찰했습니다. 로머는 목성의 위성 일식 관찰을 통해 지구 공전궤도 직경의 빛의 속도가 214300km/초라는 것을 알아냈다. 이 값은 빛의 속도에 따른 정확도의 차이 값이 매우 크지만 이는 측정 방법이 옳지 않습니다. 가장 중요한 것은 지구 궤도의 반경을 아는 것은 단지 근사치일 뿐이라는 것입니다. 위성 일식 기간의 측정은 충분히 정확하지 않습니다. 나중에 과학자들은 사진 방법을 사용하여 목성의 위성 일식 시간을 측정했으며 지구의 궤도 반경 측정의 정확도가 향상되었으며 Romer 방법을 사용하여 빛 전파 속도가 초당 299840 60km로 매우 가깝다는 것을 발견했습니다. 현대 실험실 측정의 정확한 값.
1728년 영국의 천문학자 브래들리는 별의 빛의 이동차를 이용하여 빛의 속도를 측정했다. 지구상의 별을 관찰하는 동안 브래들리는 별의 겉보기 위치가 끊임없이 변하고 있으며 1년 안에 모든 별이 일주일 동안 천정을 중심으로 동일한 절반 길이 축을 가진 타원 궤도를 도는 것처럼 보인다는 사실을 발견했습니다. 그는 이 현상을 별에서 나온 빛이 땅에 닿는 데 시간이 걸렸고, 이 시간 동안 지구가 자전하면서 위치가 바뀌었기 때문에 빛의 속도를 측정한 결과 시속 299,930km라고 생각했습니다. 두번째.
3. 기어 측정
1849년에 프랑스 과학자 Fissot는 빛의 전파 속도를 결정하기 위해 처음으로 설계된 실험 장치를 사용했으며 그의 측정 원리는 갈릴레오의 측정 원리와 유사했습니다. 렌즈의 초점에 점광원을 배치하고, 렌즈와 광원 사이에 기어를 놓고, 반대쪽 렌즈의 반대쪽 렌즈에는 평면거울을 교대로 배치하였고, 평면 거울은 두 번째 렌즈의 초점에 위치합니다. 점광원은 기어와 렌즈를 통해 평행광으로 방출된 빛, 두 번째 렌즈를 통해 평행광이 평면거울에 모인 후 한 점에 모인 후 평면거울에 반사된 후 원래의 방식으로 되돌아옵니다. 기어에는 틈새와 톱니가 있기 때문에 빛이 틈을 통과할 때 관찰자가 반사광을 볼 수 있을 때 빛이 톱니와 만나면 흐려집니다. 되돌아오는 빛이 처음부터 처음으로 사라질 때까지의 시간은 빛이 한 바퀴를 왕복하는 데 걸리는 시간이며, 기어의 속도에 따라 이 시간을 알아내는 것은 어렵지 않습니다. 이 방법으로 피셔는 빛의 속도를 초당 315000킬로미터로 측정했는데, 기어의 폭이 일정하기 때문에 이 방법으로는 빛의 전파 속도를 정확하게 측정하기가 어려웠습니다.
1850년 프랑스 물리학자 푸코는 렌즈, 회전 평면 거울, 오목 거울만을 사용하여 Fisso의 방법을 개선했습니다. 평행광은 회전하는 평면거울을 거쳐 오목거울의 중심으로 모이게 되고, 평면거울의 동일한 회전속도를 이용하여 광선의 왕복시간을 구할 수 있으며, 이렇게 측정된 빛의 속도는 298이다. ,000km/초.
4. 마이크로파 측정방법
광파는 전자기 스펙트럼의 작은 부분이며, 각 종류의 전자기파 매개변수에 대한 전자기 스펙트럼의 과학자들이 정밀 측정을 수행합니다. 1950년에 Eisen은 빛의 속도를 측정하기 위해 공동 공명 방법을 제안했습니다. 측정 원리는 다음과 같습니다. 공동을 통한 마이크로파는 주파수가 특정 값일 때 공진하고 공명 파장 λ와 R 사이의 원주 원주의 공진 공동은 다음과 같습니다.
R=2.404825λ
그리고 파장과 주파수의 곱에 따라 빛의 속도를 얻게 됩니다. 공진공동의 직경을 정확하게 측정함으로써 정확한 공명파장을 결정할 수 있고, 공진기의 직경은 간섭계법으로 정확하게 측정할 수 있으며, 전자기주파수는 단계별 차동주파수법으로 정확하게 결정할 수 있다. Eisen은 자신이 제안한 방법으로 초당 1km의 299792.5초에 대한 빛의 속도, 10-7의 측정 정확도를 얻었습니다.
5. 레이저 측정
1972년 미국 콜로라도 주 볼더에 있는 국립표준기술연구소(NIST)는 레이저 간섭계를 활용해 빛의 속도를 결정하고, c=299792456.2±1.1m/s를 산출하고 측정 정확도를 얻었습니다. 이는 이전 측정보다 100배 더 정확합니다. 비슷한 실험에서 비슷한 빛의 속도 값이 나왔기 때문에 1983년 제17차 국제도량형회의에서는 299792458m/s를 빛의 속도 값으로 권장했습니다.
광속 측정의 이미지 연대기
빛의 속도는 300년 이상의 측정 여정을 거쳐 마침내 확정되었습니다. 탐구 과정에서 과학자들은 이론과 실제, 계산과 측정을 완벽하게 결합하여 마침내 정확한 광속 값을 얻었습니다.
빛의 속도를 결정하는 것은 "미터" 단위의 정의에 영향을 미칠 뿐만 아니라 추가 연구에도 도움이 됩니다. 빛의 속도나 '미터' 같은 표준 단위는 사소해 보일 수도 있지만 인류 문명의 발전을 지켜봐 왔습니다. 과학에는 한계가 없으며, 세계를 탐험하려는 인류의 여정은 이제 막 시작되었습니다.
