Die Lichtgeschwindigkeit ist ebenfalls ein wichtiger Parameter des Lichts. Ihre Bestimmung in der Geschichte der Entwicklung der Optik hat eine ganz besondere und wichtige Bedeutung, nicht nur um die tiefgreifende Entwicklung optischer Experimente zu fördern, sondern auch um das traditionelle Konzept der Lichtgeschwindigkeit zu brechen Lichtgeschwindigkeit unendlich. In der Entwicklung des theoretischen Studiums der Physik liefert die Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit für die Teilchentheorie und die Fluktuationstheorie eine Grundlage für die Beurteilung und fördert letztendlich die Entdeckung und Entwicklung von Einsteins Relativitätstheorie.
Wie die Lichtgeschwindigkeit gemessen wird
1. Prolog zur Messung der Lichtgeschwindigkeit
In der Physik gab es einen Streit über die Lichtgeschwindigkeit. Sowohl Kepler als auch Descartes glaubten, dass sich Licht ohne Zeit und in einem Augenblick ausbreitet. Galileo glaubte, dass die Lichtgeschwindigkeit gemessen werden könne, obwohl sie ungewöhnlich schnell sei, und führte 1607 das erste Experiment zur Messung der Lichtgeschwindigkeit durch. Galileos Messmethode besteht darin, dass zwei Personen im Abstand von 1,6093 km auf dem Gipfel zweier Berge standen, jeder mit einer Lampe, wobei die erste Person die Lampe hochhob und die zweite Person, als die Lampe der ersten Person sah, sofort ihre eigene Lampe hochhob Die erste Person, die die Lampe anhebt, um die Lampe der zweiten Person zu sehen, ist das Intervall zwischen der Lichtausbreitungszeit und kann dann entsprechend dem Abstand zwischen den beiden Orten die Geschwindigkeit der Lichtausbreitung ermitteln. Da die Geschwindigkeit der Lichtausbreitung jedoch zu hoch ist, muss der Beobachter auch eine gewisse Reaktionszeit haben, sodass Galileis Versuche nicht erfolgreich waren, aber Galileis Experiment ist die Eröffnung der Menschheitsgeschichte, um die Geschwindigkeit der Lichtausbreitung zu messen Auftakt zur Studie.
2. Astronomische Messung
Im Jahr 1676 schlug der dänische Astronom Rømer erstmals eine effektivere Methode zur Messung der Lichtgeschwindigkeit vor. Jeder periodische Prozess kann als „Uhr“ verwendet werden, und es gelang ihm, die Uhr des Jupiter zu finden, der sehr weit von der Erde entfernt ist: ein Satellit, der in jeder bestimmten Periode von Jupiter verfinstert wird. Er beobachtete, dass die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Satellitenfinsternissen, wenn sich die Erde von der Jupiterbewegung zurückbewegt, länger als die Zeitdifferenz von etwa 15 Sekunden ist. Romer durch die Beobachtung der Jupiter-Satellitenfinsternisse und des Erdbahndurchmessers der Lichtgeschwindigkeit: 214300 km pro Sekunde. Die Genauigkeit dieses Wertes aus der Lichtgeschwindigkeitsdifferenz ist sehr groß, aber das ist nicht die Messmethode, die nicht richtig ist. Die Hauptsache ist, dass der Radius der Erdumlaufbahn dann nur eine Annäherung ist. während die Messung der Satellitenfinsternisperiode nicht genau genug ist. Später verwendeten Wissenschaftler die fotografische Methode, um die Zeit der Jupiter-Satellitenfinsternisse zu messen, und die Genauigkeit der Messung des Umlaufradius der Erde wurde verbessert, indem sie mithilfe der Romer-Methode ermittelten, dass die Lichtausbreitungsgeschwindigkeit 299840 pro Sekunde und 60 km beträgt, was sehr nahe bei liegt den genauen Wert der modernen Labormessungen.
Im Jahr 1728 maß der englische Astronom Bradley die Lichtgeschwindigkeit mit der Methode der Lichtwegdifferenz von Sternen. Bei der Beobachtung von Sternen auf der Erde bemerkte Bradley, dass sich die scheinbaren Positionen der Sterne ständig änderten und dass innerhalb eines Jahres alle Sterne eine Woche lang eine Ellipse mit gleichen Halbachsen um den Zenit zu kreisen schienen. Er führte dieses Phänomen auf die Tatsache zurück, dass das Licht der Sterne einige Zeit brauchte, um zur Erde zu gelangen, und dass die Erde während dieser Zeit ihre Position durch Rotation geändert hatte, woraus er die Lichtgeschwindigkeit auf 299.930 km/h maß zweite.
3. Zahnradmessung
Im Jahr 1849 nutzte der französische Wissenschaftler Fissot erstmals ein experimentelles Gerät zur Bestimmung der Lichtausbreitungsgeschwindigkeit, und sein Messprinzip ähnelte dem von Galileo. Er platzierte eine Punktlichtquelle im Brennpunkt der Linse, zwischen der Linse und der Lichtquelle ein Zahnrad, in der Linse auf der anderen Seite der anderen Linse und wiederum einen ebenen Spiegel Der Planspiegel befindet sich im Fokus der zweiten Linse. Von der Punktlichtquelle wird das Licht durch die Zahnräder und Linsen in paralleles Licht abgegeben, paralleles Licht durch die zweite Linse und dann im Planspiegel an einem Punkt gesammelt, im Planspiegel nach der Reflexion auf die ursprüngliche Weise zurück. Da das Zahnrad einen Spalt und Zähne aufweist, werden die Zähne verdeckt, wenn das Licht durch den Spalt fällt und der Beobachter das zurückkommende Licht sehen kann. Die Zeit vom Beginn bis zum ersten Verschwinden des zurückkehrenden Lichts ist die Zeit, die das Licht für einen Umlauf benötigt, und je nach Geschwindigkeit der Zahnräder ist diese Zeit nicht schwer herauszufinden. Auf diese Weise maß Fischer die Lichtgeschwindigkeit mit 315,000 Kilometern pro Sekunde, und da die Zahnräder eine bestimmte Breite hatten, war es schwierig, die Geschwindigkeit der Lichtausbreitung mit dieser Methode genau zu messen.
Im Jahr 1850 verbesserte der französische Physiker Foucault die Methode von Fisso, indem er nur eine Linse, einen rotierenden Planspiegel und einen Hohlspiegel verwendete. Paralleles Licht konvergiert durch den rotierenden Planspiegel in der Mitte des Konkavspiegels, und die gleiche Rotationsgeschwindigkeit des Planspiegels kann verwendet werden, um die Umlaufzeit des Lichtstrahls zu ermitteln, und die auf diese Weise gemessene Lichtgeschwindigkeit beträgt 298 ,000km pro Sekunde.
4. Mikrowellen-Messmethode
Lichtwellen sind ein kleiner Teil des elektromagnetischen Spektrums. Wissenschaftler führen Präzisionsmessungen der Parameter jeder Art elektromagnetischer Wellen im elektromagnetischen Spektrum durch. 1950 schlug Eisen eine Hohlraumresonanzmethode zur Messung der Lichtgeschwindigkeit vor. Das Prinzip der Messung lautet:Mikrowelle durchdringt den Hohlraum, wenn seine Frequenz einen bestimmten Wert erreicht, und die Resonanzwellenlänge λ und der Resonanzhohlraum des Umfangs des Umfangs der Beziehung zwischen R wie folgt:
R=2.404825λ
Und dann ergibt sich aus dem Produkt aus Wellenlänge und Frequenz die Lichtgeschwindigkeit. Durch genaue Messung des Durchmessers des Resonanzhohlraums kann die genaue Resonanzwellenlänge bestimmt werden, während der Durchmesser des Hohlraums durch interferometrische Methoden genau gemessen werden kann und die elektromagnetische Frequenz durch die schrittweise Differenzfrequenzmethode genau bestimmt werden kann. Eisen mit seiner vorgeschlagenen Methode, die Lichtgeschwindigkeit für 299792,5 s 1 km pro Sekunde zu ermitteln, die Messgenauigkeit von 10-7.
5. Lasermessung
Im Jahr 1972 nutzte das National Institute of Standards and Technology (NIST) in Boulder, Colorado, USA, Laserinterferometrie, um die Lichtgeschwindigkeit zu bestimmen, wobei c=299792456,2 ± 1,1 m/s ermittelt und eine Messgenauigkeit erzielt wurden von bis zu 10-9, was 100-mal genauer ist als die vorherige Messung. Da ähnliche Experimente ähnliche Werte für die Lichtgeschwindigkeit ergaben, empfahl die 17. Internationale Konferenz für Maß und Gewicht im Jahr 1983 299792458 m/s als Wert für die Lichtgeschwindigkeit.
Bildchronologie von Lichtgeschwindigkeitsmessungen
Die Lichtgeschwindigkeit hat eine Reise von mehr als 300 Jahren an Messungen hinter sich und wurde nun endlich finalisiert. Bei der Untersuchung haben die Wissenschaftler Theorie und Praxis, Berechnung und Messung perfekt kombiniert und schließlich einen genauen Wert für die Lichtgeschwindigkeit ermittelt.
Die Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit hat nicht nur Einfluss auf die Definition der Einheit „Meter“, sondern hilft auch bei der weiteren Forschung. Standardeinheiten wie die Lichtgeschwindigkeit und das „Meter“ mögen trivial erscheinen, aber sie sind Zeugen des Fortschritts der menschlichen Zivilisation. Der Wissenschaft sind keine Grenzen gesetzt und die Reise der Menschheit zur Erkundung der Welt hat gerade erst begonnen.
