光速はどのように計算されますか？私の物理学の知識は、高校まで勉強した量に限られています。私の頭に浮かぶ1つの方法は、あるポイントから別のポイント（既知の距離）に光を投げて、かかった時間を測定すると、光の速度を知ることができるということです。しかし、このような正確な時間測定ツールはありますか？
コメント
- 光速は、すべての速度と同様に、長さを時間で割って計算されます。その長さを移動する必要があります。
- @Georg：基本的に、そのような速度は計算されません。速度に関する物理法則は無数にあり、そのうちのどれが最も適切かを使用できます。
- @Marek、その比率で速度が計算されませんか？しかし、私のコメントの目的を説明すると、" learnerforever "を開始して、 "と"測定値"を計算しています。それを区別しないことは、一般的な初心者の間違いです。
- @Geord："計算された"という単語を測定値として解釈しました。それ以外の場合、質問は'私にはまったく意味がありません…
回答
ウィキペディアから：
現在、真空中の光の速度は正確に299,792,458 m / s（約186,282マイル/秒）と定義されています。 SI単位系での光速の固定値は、メーターが光速で定義されるようになったためです。
さまざまな物理学者が、歴史を通じて光速を測定しようと試みてきました。ガリレオは17世紀に光速を測定しようとしました。光速を測定する初期の実験は、1676年にデンマークの物理学者であるOleRømerによって行われました。Oleは望遠鏡を使用して、木星とその月の1つであるIoの動きを観察しました。イオの軌道の見かけの期間の不一致に注目して、ローマーは、光が地球の軌道の直径を横切るのに約22分かかると計算しました。[4]残念ながら、そのサイズは当時は知られていませんでした。オレが地球の軌道の直径を知っていたとしたら、彼は227,000,000 m / sの速度を計算したでしょう。
別のより正確な光速の測定は、ヨーロッパでHippolyteFizeauによって実行されました。 1849年、フィゾーは光のビームを数キロ離れた鏡に向けました。光のビームが光源からミラーに移動し、元に戻るときに、回転する歯車が光の経路に配置されました。フィゾーは、一定の回転速度で、ビームは出て行く途中でホイールの1つのギャップを通過し、戻る途中で次のギャップを通過します。ミラーまでの距離、ホイールの歯の数、および回転速度を知ると、フィゾーは光速を313,000,000m / sと計算できました。
レオンフーコーは、回転ミラーを使用した実験を使用して、1862年に298,000,000 m / sの値を取得しました。アルバートA.ミシェルソンは次の実験を行いました。 1877年から1931年に亡くなるまでの光速。彼は1926年にフーコーの方法を次のように改良しました。回転鏡を改良して、山からの往復に光がかかる時間を測定しました。ウィルソンから山へカリフォルニアのサンアントニオ。正確な測定により、299,796,000 m / sの速度が得られました。
コメント
- 正解、+ 1。追加するだけです。距離と時間の両方の最新の正確な測定値は、常に"原子時計"、波長または周期性に基づいています。さまざまな原子から放出される電磁放射。 'は、前述のSI定義によって光速が固定される前に、メーターと秒がどのように定義されたかを示しています。したがって、これらの原子時計の測定値は、距離$ x $と$ x \約ct $の場合の時間$ t $の相対精度がまったく同じになります。
- 原子時計は低周波マイクロ波を使用します。初期のものはメーザーを使用していました。新しいものは、より正確には、レーザーによって物質を冷却し、次に原子泉の空洞によって共鳴状態を調べます。距離は、同様の放射と干渉法によって測定されます。通常、最高の精度を達成するために、より短い波長が使用されます（十分に短い距離の場合）。
- うわー-次の質問は間の距離はどうでしたか2つの山は非常に正確に計算されました！
- R ø merはどのようにして地球の直径を過大評価しましたか'軌道（光分単位）はそんなに多いですか？
回答
質問のタイトルは光速（$ c $）の計算についてですが、体は$ c $の測定について尋ねます。他の人が測定の問題についてあなたに答えましたが、私は原理からの$ c $の計算について少し含めたいと思います。
電磁現象としての光は、マクスウェルの方程式で表されます。
$$ \ begin {eqnarray} \ nabla \ cdot E & = & \ frac {\ rho} {\ epsilon_0} \\ \ nabla \ cdot B & = & 0 \\ \ nabla \ times E & = &-\ frac {\ partial B} {\ partial t} \\ \ nabla \ times B & = & \ mu_0 J + \ mu_0 \ epsilon_0 \ frac {\ partial E} {\ partial t} \ end {eqnarray} $$
where $ \ rho $は電荷密度、$ J $は電流密度、$ E $と$ B $はそれぞれ電界と磁界、$ \ mu_0 $は自由空間の磁気透過率、$ \ epsilon_0 $は自由空間の電気定数。電荷がない場合、これらの方程式の1つの解は、速度のある進行平面波です
$$ c = \ frac {1} {\ sqrt {\ mu_0 \ epsilon_0}} $$
もちろん、これは$ \ mu_0 $と$ \ epsilon_0 $の測定の問題を残しますが、光が本当に電磁現象であるという事実の素晴らしいデモンストレーションです。追加のボーナスとして、$ \ mu_0 $と$ \ epsilon_0 $は、非常に高い時間分解能を必要とせずに、さまざまな方法で測定できます。