Comment la vitesse de la lumière est-elle calculée? Ma connaissance de la physique est limitée à ce que jai étudié jusquau lycée. Une façon qui me vient à lesprit est la suivante: si nous projetons de la lumière dun point à un autre (de distance connue) et mesurons le temps pris, nous pourrions connaître la vitesse de la lumière. mais avons-nous un outil de mesure du temps aussi précis?
Commentaires
- La vitesse de la lumière, comme toutes les vitesses, est calculée en divisant une longueur par le temps nécessaire pour parcourir cette longueur.
- @Georg: fondamentalement aucune vitesse nest calculée comme ça. Il existe des millions de lois physiques impliquant la vitesse et on peut utiliser celle qui convient le mieux.
- @Marek, aucune vitesse nest calculée par ce rapport? Mais, pour expliquer à quoi mon commentaire était destiné: il devrait commencer " Learnerforever " à réfléchir à la différence de " calcul des mesures " et " ". Ne pas distinguer cela est une erreur courante des débutants.
- @Geord: jai interprété le mot " calculé " comme mesuré . Parce que sinon, la question ' na vraiment aucun sens pour moi …
Réponse
De Wikipedia:
Actuellement, la vitesse de la lumière dans le vide est définie comme étant exactement 299 792 458 m / s (environ 186 282 miles par seconde). La valeur fixe de la vitesse de la lumière en unités SI résulte du fait que le mètre est désormais défini en termes de vitesse de la lumière.
Différents physiciens ont tenté de mesurer la vitesse de la lumière à travers lhistoire. Galilée a tenté de mesurer la vitesse de la lumière au XVIIe siècle. Une première expérience pour mesurer la vitesse de la lumière a été menée par Ole Rømer, un physicien danois, en 1676. À laide dun télescope, Ole a observé les mouvements de Jupiter et de lune de ses lunes, Io. Notant des écarts dans la période apparente de lorbite de Io, Rømer a calculé que la lumière prend environ 22 minutes pour traverser le diamètre de lorbite de la Terre. [4] Malheureusement, sa taille nétait pas connue à lépoque. Si Ole avait connu le diamètre de lorbite terrestre, il aurait calculé une vitesse de 227 000 000 m / s.
Une autre mesure, plus précise, de la vitesse de la lumière a été réalisée en Europe par Hippolyte Fizeau en 1849. Fizeau a dirigé un faisceau de lumière vers un miroir à plusieurs kilomètres de distance. Une roue dentée rotative a été placée sur le trajet du faisceau lumineux alors quil voyageait de la source au miroir, puis revenait à son origine. Fizeau a constaté quà une certaine vitesse de rotation, le faisceau passerait par un espace dans la roue à la sortie et le prochain espace sur le chemin du retour. Connaissant la distance par rapport au miroir, le nombre de dents sur la roue et la vitesse de rotation, Fizeau a pu calculer la vitesse de la lumière à 313 000 000 m / s.
Léon Foucault a utilisé une expérience utilisant des miroirs rotatifs pour obtenir une valeur de 298 000 000 m / s en 1862. Albert A. Michelson a mené des expériences sur la vitesse de la lumière de 1877 à sa mort en 1931. Il affine les méthodes de Foucault en 1926 en utilisant miroirs rotatifs améliorés pour mesurer le temps quil fallait à la lumière pour faire un aller-retour depuis le mont. Wilson au mont. San Antonio en Californie. Les mesures précises ont donné une vitesse de 299 796 000 m / s.
Commentaires
- Bonne réponse, +1. Juste pour ajouter: les mesures modernes précises de la distance et du temps sont toujours basées sur " horloges atomiques ", la longueur donde ou la périodicité du rayonnement électromagnétique émis par divers atomes. Ils ' indiquent comment le mètre et le second étaient définis avant que la vitesse de la lumière ne soit fixée par la définition SI que vous avez mentionnée. Ces mesures dhorloge atomique donnent donc la même précision relative des distances $ x $ et des temps $ t $ si $ x \ approx ct $.
- Les horloges atomiques utilisent des micro-ondes basse fréquence. Les premiers utilisaient des masers; les plus récents, pour être plus précis, refroidissent la matière par des lasers puis sondent les états de résonance par des cavités, dans des fontaines atomiques. Les distances sont mesurées par un rayonnement et une interférométrie similaires – généralement des longueurs donde plus courtes sont utilisées pour obtenir la plus grande précision (pour des distances suffisamment courtes).
- Wow – la question suivante devrait être Comment était la distance entre les deux montagnes calculées avec autant de précision!
- Comment R ø mer a-t-il surestimé le diamètre de la Terre ' s orbite (en minutes-lumière) de tant?
Answer
Le titre de votre question est à propos de calculer la vitesse de la lumière ($ c $), mais le corps demande comment mesurer $ c $.Dautres vous ont répondu sur le problème de la mesure, mais jaimerais inclure un peu plus sur le calcul de $ c $ à partir de principes.
La lumière, en tant que phénomène électromagnétique, est décrite par les équations de Maxwell:
$$ \ begin {eqnarray} \ nabla \ cdot E & = & \ frac {\ rho} {\ epsilon_0} \\ \ nabla \ cdot B & = & 0 \\ \ nabla \ times E & = & – \ frac {\ partial B} {\ partial t} \\ \ nabla \ times B & = & \ mu_0 J + \ mu_0 \ epsilon_0 \ frac {\ partial E} {\ partial t} \ end {eqnarray} $$
où $ \ rho $ est la densité de charge, $ J $ est la densité de courant, $ E $ et $ B $ sont respectivement les champs électrique et magnétique, $ \ mu_0 $ est la perméabilité magnétique de lespace libre, et $ \ epsilon_0 $ est la permittivité électrique de lespace libre. En labsence de charges, une solution à ces équations est une onde plane mobile avec vitesse
$$ c = \ frac {1} {\ sqrt {\ mu_0 \ epsilon_0}} $$
Bien sûr, cela laisse le problème de mesurer $ \ mu_0 $ et $ \ epsilon_0 $, mais cest une excellente démonstration du fait que la lumière est vraiment un phénomène électromagnétique. En prime, $ \ mu_0 $ et $ \ epsilon_0 $ peuvent être mesurés de différentes manières, sans nécessiter une résolution temporelle très élevée.