https://frosthead.com

Doma je enostaven (in okusen) način za merjenje hitrosti svetlobe

Prvo uspešno merjenje hitrosti svetlobe se je zgodilo leta 1676. Danski astronom Ole Rømer je poskušal izmeriti orbito Io, tretje največje lune Jupitra, tako da je opazoval, kako dolgo traja okoli planeta. Ameriški naravoslovni muzej je Rømer opazoval Io skozi več let presenetljivo odkritje:

Časovni interval med zaporednimi mrki je postajal nenehno krajši, ko se je Zemlja v svoji orbiti gibala proti Jupiterju in se z odmikom Zemlje od Jupitra postopoma daljšala. Te razlike so se nakopičile. Iz svojih podatkov je Roemer ocenil, da se bodo potem, ko bi bila Zemlja najbližje Jupitru ..., mrki Io pojavili približno enajst minut prej, kot je bilo predvideno na podlagi povprečne orbitalne dobe v mnogih letih. In 6, 5 mesecev kasneje, ko je bila Zemlja najbolj oddaljena od Jupitra ..., bi se mrki zgodili približno enajst minut kasneje, kot je bilo napovedano.

Roemer je vedel, da pravo orbitalno obdobje Io ne more imeti nobene zveze z relativnim položajem Zemlje in Jupitra. V briljantnem vpogledu je spoznal, da mora biti časovna razlika posledica končne hitrosti svetlobe.

Pred Rømerjem znanstveniki niso bili prepričani, ali ima svetloba omejeno hitrost ali če je njen merilnik hitrosti trajno obtičal pri "neskončnosti".

Nekaj ​​sto let kasneje so tehnike merjenja hitrosti svetlobe postale osupljivo natančnejše in v nekaterih primerih tudi bolj zapletene. Toda v zgornjem videoposnetku ljudje v znanstvenem centru At Bristol prikazujejo razmeroma preprost način izračuna hitrosti svetlobe, ki ne vključuje let gledanja skozi okular s teleskopom. Pravzaprav njihov pristop ne uporablja nič drugega kot preprosto kuhinjsko opremo - in čokolado.

V videoposnetku gostitelja Ross Exton in Nerys Shah uporabljata malo več kot mikrovalovno pečico in čokoladno ploščico, da pokažeta, kako izračunati hitrost svetlobe. V videoposnetku ni popolnoma jasno, kako se merjenje stopljenih koščkov na čokoladni barvi nanaša na hitrost svetlobe. Toda za razčlenitev le-te je treba le malo pogledati nekatere enote, uporabljene pri njihovih meritvah.

Hertz je fizika v stanju "ciklov na sekundo". Mikrovalovna pečica, uporabljena v videoposnetku, je ustvarila svetlobne valove s frekvenco 2.450.000.000 Hertz ali toliko ciklov na sekundo. Od vala do vrha v valu - v tem primeru je razdalja med prvim in tretjim stopljenim čokoladom - en cikel. Exton in Shah sta to razdaljo izmerila kot 0, 12 metra ali 0, 12 metra na cikel. Če pomnožimo nekaj, merjeno v "metrih na cikel", z nečim v "ciklih na sekundo", dobimo meritev v "metrih na sekundo". To je hitrost vala - hitrost svetlobe.

Trik, zaradi katerega pristop ekipe At Bristol deluje, je, da v sodobni dobi že vemo nekaj pomembnih stvari o svetlobi: da ima končno hitrost in da je ta hitrost večinoma konstantna. Prednost fizikov imamo tudi v tem, da so že določili razmerje med dolžino, frekvenco in hitrostjo valov.

Ko je Ole Rømer pogledal proti Jupitru in prvič ugotovil, kako hitrost svetlobe je dosegel 214.000.000 metrov na sekundo. "Ta meritev je glede na njeno antiko, način merjenja in negotovost iz 17. stoletja natančno oddaljena od Jupitra od Zemlje presenetljivo blizu sodobne vrednosti [299 792 458] metrov na sekundo, " pravi Dave Kornreich za Cornell.

S pomočjo mikrovalovne pečice in čokoladne plošče Exton in Shah sta dobila 294.000.000 metrov na sekundo - ni slabo za malo kuhinjske znanosti.

Doma je enostaven (in okusen) način za merjenje hitrosti svetlobe