科学者たちは何年もの間、光の速度を決定しようと試みてきましたが、正確な測定は 1970 年代に行われました。最終的には 数値は 299,792,458 m/s でした 最大偏差 +/-1.2 m。 今日、それは不変の物理的単位です1 メートルの距離は 1/299,792,458 秒で、これは真空中の光が 100 cm 移動するのにかかる時間です。

科学的光の速さを決める公式.

計算を簡単にするために、 図は 300,000,000 m/s (3×108 m/s) に簡略化されています.学校の物理の授業で、この形で速さを測るというのは、皆さんおなじみですよね。

物理学における光速の基本的な役割

このパラメーターは、スタディで使用される参照フレームに関係なく、主要なパラメーターの 1 つです。波源の動きに依存しないことも重要です。

この不変性は、1905 年にアルバートアインシュタインによって仮説として受け入れられました。これは、別の科学者マクスウェルが、光を運ぶエーテルの存在に関する証拠を発見しなかった後、電磁気学の理論を発展させた後に起こりました。

因果関係は光速を超える速度では伝わらないという主張は、現在では非常に有効であると考えられています。

ところで！ 物理学者は、一部の粒子が問題の数値よりも速い速度で移動できることを否定していません。ただし、そうすると、情報を送信するために使用することはできません。

歴史的参考文献

このトピックの詳細を理解し、特定の現象がどのように発見されたかを知るには、何人かの科学者の実験を研究する必要があります。 19 世紀には多くの発見がなされ、その後の科学者を助けましたが、そのほとんどは電流と磁気および電磁誘導の現象に関するものでした。

ジェームズ・マクスウェルの実験

その物理学者の研究は、離れたところにある粒子の相互作用を確認しました。これにより、ヴィルヘルムウェーバーは電磁気学の新しい理論を開発することができました。マクスウェルはまた、磁場と電場の現象を明確に確立し、それらが互いに生成して電磁波を形成できることを決定しました。今日でも世界中の物理学者が使用している記号「c」を最初に使用したのはこの科学者でした。

このため、ほとんどの研究者はすでに光の電磁的性質について話していました。マクスウェルは、電磁励起の伝播速度を研究しているときに、この指標が光の速度に等しいという結論に達しました。この事実に驚いたことがあります。

マクスウェルの研究のおかげで、光、磁気、電気は別の概念ではないことが明らかになりました。光は空間に広がる磁場と電場の組み合わせであるため、これらの要因が一緒になって光の性質を決定します。

電磁波の伝播の図。

マイケルソンと光速の絶対性を証明した彼の経験

前世紀の初めに、ほとんどの科学者はガリレオの相対性原理を使用しました。この原理では、力学の法則はどの座標系を使用しても同じであるとされていました。しかし、理論によれば、電磁波の伝搬速度は、発生源が移動するにつれて変化するはずです。これは、ガリレオの仮説とマクスウェルの理論の両方に反するものであり、それが研究を開始する理由でした。

当時、ほとんどの科学者は「エーテル理論」に傾倒していました。これによれば、指標はその発生源の速度に依存せず、主な決定要因は媒体の特性と見なされていました。

マイケルソンは、光速が測定方向に依存しないことを発見しました。

地球は空間内を特定の方向に移動するため、光の速度は、速度の加算の法則に従って、異なる方向で測定すると異なります。しかし、マイケルソンは、測定が行われた方向に関係なく、電磁波の伝播に違いがないことを発見しました.

エーテルの理論は絶対等級の存在を説明できず、その誤謬をさらによく示しました。

アルバート・アインシュタインの特殊相対性理論

当時の若い科学者は、ほとんどの研究者の信念に反する理論を提示しました。それによると、時間と空間には、選択された参照フレームに関係なく、真空中の光速の不変性を保証するような特性があります。これは、光の伝播速度がその光源の動きに依存しないため、マイケルソンの失敗した実験を説明しました。

[tds_council]アインシュタインの理論の正しさを間接的に確認したのが「同時性の相対性」であり、その本質は図に示されています。[/tds_council]

自分の位置が光の伝播の知覚にどのように影響するかの例。

光の速度が以前にどのように測定されたか

この指標を決定する試みは多くの人によって行われてきましたが、科学の発展のレベルが低いため、以前はそうすることが問題でした.たとえば、古代の科学者は光の速度が無限であると信じていましたが、後に多くの研究者がこの仮定に疑問を呈したため、それを決定するための多くの試みが行われました。

ガリレオは懐中電灯を使いました。光波の伝播速度を計算するために、彼と彼の助手は丘の上にいて、その間の距離が正確に決定されました。次に、参加者の1人がランタンを開け、2人目は光が見えたらすぐに同じことをしました。しかし、この方法は、波の伝播速度が速く、時間間隔を正確に決定できないために失敗しました。
デンマーク出身の天文学者オラフ・レーマーは、木星を観察しているときにある特異性に気づきました。地球と木星が軌道の反対側にあったとき、イオ (木星の衛星) の食は、惑星自体から 22 分遅れていました。このことから、光波の伝搬速度は無限ではなく、限界があると結論付けました。彼の計算によると、指標は秒速約 220,000 km でした。
レーマーによる光速の決定。
同じ時期に、英国の天文学者ジェームズ・ブラッドリーは、太陽の周りの地球の動きと、その軸の周りの回転による光の異常の現象を発見しました。これは、空の星の位置を引き起こし、それらへの距離は常に変化します。これらの機能により、星は毎年楕円を描いています。計算と観測に基づいて、天文学者が計算した速度は、秒速 308,000 km でした。
光の収差
ルイ・フィゾーは、実験室での実験を通じて正確な速度を決定することを決定した最初の人物です。源から8,633メートルの距離に鏡面のグラスを設置したが、距離が近かったため、正確な時間計算ができなかった。次に、科学者は歯車を置き、歯車で定期的に光を覆いました。ホイールの速度を変えることで、フィゾーはどの速度で光が歯の間を通過して戻ってくる時間がないかを決定しました。彼は秒速 315,000 キロメートルの速度を計算しました。
ルイ・フィゾーの実験。

光速の測定

これにはいくつかの方法があります。それらを詳細に分類する必要はありません。それぞれ個別にレビューする必要があります。したがって、品種を分類するのが最も簡単です。

天文学的測定。.これは、効果的であることが証明されており、値が空気、水、およびその他の環境の特性の影響を受けないため、Remer および Bradley の方法が最もよく使用される場所です。宇宙空間では、測定の精度が向上します。
空洞共鳴または空洞効果 - は、惑星の表面と電離層の間で発生する低周波定在波の現象に付けられた名前です。特別な式と測定装置からのデータを使用して、空気中の粒子速度の値を計算することは難しくありません。
干渉法 - いくつかのタイプの波が一緒に追加される一連の研究方法。これにより、電磁振動と音響振動の両方の多数の測定を行うことができる干渉の効果が得られます。