Lysets hastighed er også en vigtig parameter for lys, dens bestemmelse i historien om udviklingen af optik har en meget speciel og vigtig betydning, ikke kun for at fremme den dybe udvikling af optiske eksperimenter, men også for at bryde det traditionelle koncept for lysets hastighed uendelig. I udviklingen af det teoretiske studie af fysik giver bestemmelsen af lysets hastighed for partikelteorien og debattens fluktuationsteori grundlag for bedømmelse og fremmer i sidste ende opdagelsen og udviklingen af Einsteins relativitetsteori.
Hvordan lysets hastighed måles
1. Prolog til måling af lysets hastighed
Der var en strid i fysikken om lysets hastighed. Både Kepler og Descartes mente, at lys rejste uden tid og på et øjeblik. Galileo mente, at lysets hastighed, selvom den var usædvanlig høj, kunne måles, og i 1607 udførte Galileo det tidligste eksperiment til at måle lysets hastighed. Galileos målemetode er at lade to personer stå 1.6093 km fra hinanden på toppen af to bjerge med hver sin lampe, den første person til at hæve lampen, da den anden person så den første persons lampe straks hæve sin egen lampe, fra kl. den første person til at hæve lampen for at se den anden persons lampe er intervallet mellem lysets udbredelsestid, og derefter i henhold til afstanden mellem de to steder vil være i stand til at få lysets udbredelseshastighed. Men på grund af lysets hastighed er for hurtig udbredelse, koblet med observatøren skal også have en vis reaktionstid, så Galileos forsøg lykkedes ikke, men Galileos eksperiment er åbningen af menneskets historie på lysets udbredelseshastighed for at måle optakt til studiet.
2. Astronomisk måling
I 1676 foreslog den danske astronom Rømer første gang en mere effektiv metode til at måle lysets hastighed. Enhver periodisk proces kan bruges som et "ur", og det lykkedes ham at finde Jupiters ur, som er meget langt væk fra Jorden: en satellit formørket af Jupiter hver bestemt periode. Han observerede, at tiden mellem to på hinanden følgende satellitformørkelser, når Jorden tilbage fra Jupiter bevægelse, end Jordens bevægelse mod Jupiter længere end tidsforskellen på omkring 15 s. Romer gennem observation af Jupiters satellitformørkelser og Jordens kredsløbsdiameter af lysets hastighed: 214300 km i sekundet. denne værdi fra lysets hastighed af nøjagtigheden af værdien af forskellen er meget stor, men dette er ikke målemetoden er ikke rigtig, det vigtigste er, at den derefter Kend radius af Jordens bane er kun en tilnærmelse, mens måling af satellitformørkelsesperiode ikke er nøjagtig nok. Senere brugte forskere den fotografiske metode til at måle tidspunktet for Jupiters satellitformørkelser, og nøjagtigheden af målingen af Jordens kredsløbsradius er forbedret ved at bruge Romer-metoden til at finde lysets udbredelseshastighed er 299840 pr. sekund 60 km, meget tæt på den nøjagtige værdi af de moderne laboratoriemålinger.
I 1728 målte den engelske astronom Bradley lysets hastighed ved hjælp af metoden til lysets rejseforskel mellem stjerner. Mens han observerede stjerner på Jorden, bemærkede Bradley, at stjernernes tilsyneladende positioner konstant ændrede sig, og at alle stjerner i løbet af et år så ud til at kredse om en ellipse med lige store halvlange akser omkring zenit i en uge. Han tilskrev dette fænomen, at det tog lidt tid for lyset fra stjernerne at rejse til jorden, og at jorden i løbet af denne tid havde ændret position ved rotation, hvorfra han målte lysets hastighed til at være 299.930 km pr. anden.
3. Måling af gear
I 1849 brugte den franske videnskabsmand Fissot først en designet eksperimentel enhed til at bestemme lysets udbredelseshastighed, og hans måleprincip svarede til Galileos. Han placerede en punktlyskilde i linsens brændpunkt, mellem linsen og lyskilden for at sætte et tandhjul, i linsen på den anden side af den anden linse, og et plant spejl placeret på skift, plan spejl er placeret i fokus på den anden linse. Punkt lyskilde, der udsendes af lyset gennem tandhjul og linser til parallelt lys, parallelt lys gennem den anden linse og derefter i det plane spejl samlet på et punkt, i det plane spejl efter refleksion i den oprindelige vej tilbage. Da gearet har et mellemrum og tænder, når lyset passerer gennem mellemrummet, når observatøren kan se returlyset, vil tænderne blive sløret, når lyset tilfældigvis møder tænderne. Tiden fra begyndelsen til den første forsvinden af det tilbagevendende lys er den tid, det tager lyset at tage én rundtur, og i henhold til gearets hastighed er denne tid ikke svær at finde ud af. På denne måde målte Fischer lysets hastighed til at være 315,000 kilometer i sekundet, og fordi gearene havde en vis bredde, var det vanskeligt nøjagtigt at måle lysets udbredelseshastighed ved hjælp af denne metode.
I 1850 forbedrede den franske fysiker Foucault Fissos metode ved kun at bruge en linse, et roterende plant spejl og et konkavt spejl. Parallelt lys konvergerer på midten af det konkave spejl gennem det roterende plane spejl, og den samme rotationshastighed af det plane spejl kan bruges til at finde rundturstiden for lysstrålen, og lyshastigheden målt på denne måde er 298 ,000km pr. sekund.
4. Mikrobølgemålingsmetode
Lysbølger er en lille del af det elektromagnetiske spektrum, forskere af det elektromagnetiske spektrum af hver slags elektromagnetiske bølgeparametre udføres præcisionsmålinger. 1950 foreslog Eisen en hulrumsresonansmetode til at måle lysets hastighed. Måleprincippet er: Mikrobølgeovn gennem hulrummet, når dets frekvens er en vis værdi vil resonere, resonansbølgelængden λ og resonanshulrummet af omkredsen af omkredsen af forholdet mellem R som:
R=2.404825λ
Og så i henhold til produktet af bølgelængde og frekvens vil få lysets hastighed. Ved nøjagtigt at måle diameteren af resonanshulrummet kan den nøjagtige resonansbølgelængde bestemmes, mens hulrummets diameter kan måles nøjagtigt ved interferometriske metoder, kan den elektromagnetiske frekvens bestemmes nøjagtigt ved trin-for-trin differentialfrekvensmetode. Eisen med sin foreslåede metode til at få lysets hastighed for 299792,5 s 1 km pr. sekund, målenøjagtigheden på 10-7.
5. Lasermåling
I 1972 brugte National Institute of Standards and Technology (NIST) i Boulder, Colorado, USA, laserinterferometri til at bestemme lysets hastighed, hvilket gav c=299792456.2±1.1m/s og opnåede en målenøjagtighed på op til 10-9, hvilket er 100 gange mere nøjagtigt end den forrige måling. Da lignende eksperimenter gav lignende værdier for lysets hastighed, anbefalede den 17. internationale konference om vægte og mål i 1983 299792458 m/s som værdien for lysets hastighed.
Billedkronologi af lyshastighedsmålinger
Lysets hastighed har været på en rejse på mere end 300 år med målinger og er endelig blevet afsluttet. I undersøgelsesprocessen kombinerede forskere perfekt teori og praksis, beregning og måling og opnåede til sidst en nøjagtig værdi af lysets hastighed.
Bestemmelsen af lysets hastighed påvirker ikke kun definitionen af enheden "meter", men hjælper også med yderligere forskning. Standardenheder som lysets hastighed og "måleren" kan virke trivielle, men de har været vidne til den menneskelige civilisations fremskridt. Videnskaben har ingen grænser, og menneskehedens rejse for at udforske verden er lige begyndt.
