Jak se počítá rychlost světla?

Z Wikipedie:
V současné době je rychlost světla ve vakuu definována přesně na 299 792 458 m / s (přibližně 186 282 mil za sekundu). Pevná hodnota rychlosti světla v jednotkách SI vyplývá ze skutečnosti, že měřič je nyní definován z hlediska rychlosti světla.

Různí fyzici se pokoušeli měřit rychlost světla v celé historii. Galileo se pokusil změřit rychlost světla v sedmnáctém století. Časný experiment k měření rychlosti světla provedl dánský fyzik Ole Rømer v roce 1676. Ole pomocí dalekohledu pozoroval pohyby Jupitera a jednoho z jeho měsíců Io. Rømer si všiml nesrovnalostí ve zdánlivé době oběžné dráhy Io a vypočítal, že průchodu průměru oběžné dráhy Země trvá světlo přibližně 22 minut. [4] Bohužel jeho velikost nebyla v té době známa. Pokud by Ole znal průměr oběžné dráhy Země, vypočítal by rychlost 227 000 000 m / s.

Další, přesnější, měření rychlosti světla v Evropě provedl Hippolyte Fizeau v roce 1849. Fizeau nasměroval paprsek světla na zrcadlo vzdálené několik kilometrů. Do cesty světelného paprsku bylo umístěno rotující ozubené kolo, které cestovalo ze zdroje do zrcadla a poté se vrátilo do svého původu. Fizeau zjistil, že určitá rychlost otáčení, paprsek by prošel jednou mezerou v kole na cestě ven a další mezerou v cestě zpět. Znát vzdálenost od zrcadla, počet zubů na kole a rychlost otáčení, Fizeau dokázal vypočítat rychlost světla jako 313 000 000 m / s.

Léon Foucault použil experiment, který pomocí rotujících zrcadel získal v roce 1862 hodnotu 298 000 000 m / s. Albert A. Michelson provedl experimenty na rychlost světla od roku 1877 až do své smrti v roce 1931. Foucaultovy metody v roce 1926 vylepšil pomocí vylepšená otočná zrcátka pro měření času, který trvalo světlo, aby se zpáteční cesta z Mt. Wilson na Mt. San Antonio v Kalifornii. Přesná měření přinesla rychlost 299 796 000 m / s.

Komentáře

• Dobrá odpověď, +1. Jen pro doplnění: moderní přesná měření vzdálenosti i času jsou vždy založena na " atomových hodinách ", vlnové délce nebo periodicitě elektromagnetické záření vyzařované různými atomy. ' Zjišťují, jak byl měřič a druhý definován předtím, než byla rychlost světla stanovena podle definice SI, kterou jste zmínili. Tato měření atomových hodin proto poskytují stejnou relativní přesnost vzdáleností $ x $ a krát $ t $, pokud $ x \ přibližně ct $.
• Atomové hodiny používají nízkofrekvenční mikrovlny. První používali masery; novější, abychom byli přesnější, ochlaďte hmotu lasery a poté zkoumají rezonanční stavy pomocí dutin v atomových fontánách. Vzdálenosti se měří podobným zářením a interferometrií – k dosažení nejvyšší přesnosti se obvykle používají kratší vlnové délky (na dostatečně krátké vzdálenosti).
• Páni – další otázka by měla být Jaká byla vzdálenost mezi obě hory tak přesně vypočítané!
• Jak R ø nadhodnocoval průměr Země ' o oběžnou dráhu (ve světelných minutách) o tolik?

Název vaší otázky je o výpočtu rychlosti světla ($ c $), ale tělo se zeptá na měření $ c $.Jiní vám odpověděli na otázku měření, ale rád bych uvedl něco o výpočtu $ c $ z principů.

Světlo jako elektromagnetický jev je popsáno Maxwellovými rovnicemi:

$$ \ begin {eqnarray} \ nabla \ cdot E & = & \ frac {\ rho} {\ epsilon_0} \\ \ nabla \ cdot B & = & 0 \\ \ nabla \ times E & = & – \ frac {\ částečné B} {\ částečné t} \\ \ nabla \ krát B & = & \ mu_0 J + \ mu_0 \ epsilon_0 \ frac {\ částečné E} {\ částečné t} \ konec {eqnarray} $$

kde $ \ rho $ je hustota náboje, $ J $ je aktuální hustota, $ E $ a $ B $ jsou elektrické a magnetické pole, $ \ mu_0 $ je magnetická propustnost volného prostoru a $ \ epsilon_0 $ je elektrická permitivita volného prostoru. Při absenci jakýchkoli nábojů je jedním z řešení těchto rovnic pohybující se rovinná vlna s rychlostí

$$ c = \ frac {1} {\ sqrt {\ mu_0 \ epsilon_0}} $$

Samozřejmě to ponechává problém měření $ \ mu_0 $ a $ \ epsilon_0 $, ale je to skvělá ukázka skutečnosti, že světlo je skutečně elektromagnetický jev. Jako další bonus lze $ \ mu_0 $ a $ \ epsilon_0 $ měřit různými způsoby, aniž by bylo nutné velmi vysoké časové rozlišení.