§ 32. Измерение скорости света

Идея Галилея

1. Опыты по измерению скорости света — это отдельная глава в истории физической науки. Ещё Галилей высказывал идею о прямом методе измерения скорости света и пытался её реализовать вместе с одним из своих помощников. Один из экспериментаторов открывал и закрывал заслонку на светильнике, а второй, находясь на некотором расстоянии от него, пытался определить промежуток времени, через который свет от источника достигает его глаз. Однако в силу того, что время реакции человека на внешний раздражитель значительно больше того, которое требуется свету для преодоления расстояния между экспериментаторами, опыт был обречён на неудачу. Однако принцип, положенный Галилеем в основу описанного опыта, применялся в большинстве опытов по измерению скорости света: многие из них основаны на прерывании светового луча и измерении промежутков времени между этими прерываниями.

Вычисления Рёмера

2. В числе первых, кому удалось измерить скорость света, был датский учёный Олаф Рёмер (1644— 1710). Рёмер воспользовался тем фактом, что астрономические наблюдения за одним из спутников Юпитера в разное время года давали разные результаты. Когда Земля находилась на кратчайшем расстоянии от Юпитера, то спутник выходил из тени этой планеты на 22 мин раньше, чем через полгода, когда Земля располагалась в самой дальней от Юпитера точке своей орбиты. Рё- мер сделал вывод, что разница во времени возникала из-за того, что во втором случае свет от спутника до Земли проходил большее расстояние, чем в первом, на величину, равную диаметру орбиты Земли (рис. 121). Разделив диаметр земной орбиты на измеренную разницу во времени, Рёмер показал, что свет распространяется с колоссальной скоростью. Значение, полученное Рёмером, значительно отличается от современных данных, но для того времени может считаться великолепным результатом.

Вычисления Рёмера

Опыты Физо и Фуко

3. В середине XIX в. два французских учёных примерно в одно и то же время провели опыты по измерению скорости света в земных условиях.

В 1849 г. Ипполит Физо (1819—1896) применил для прерывания световых лучей вращающееся зубчатое колесо (рис. 122). Отразившись от полупрозрачного зеркала 1, свет мог попасть на отражающее зеркало 2 только в том случае, если он попадал в промежуток между зубьями вращающегося зубчатого колеса. Затем, отразившись от удалённого на 8,6 км зеркала, свет мог попасть в линзу-окуляр наблюдателя при том же условии: наблюдатель фиксировал свет только при определённых скоростях вращения зубчатого колеса. По результатам измерений скоростей вращения зубчатого колеса, при которых свет был виден, определили значение скорости света с = 314 000 км/с.

Опыты Физо и Фуко

Через год после опытов Физо Леон Фуко (1819—1868) провёл опыты, в ходе которых прерывание света происходило за счёт вращения зеркала. Сначала Фуко удалось доказать, что свет в воде распространяется медленнее, чем в воздухе, а много позже — через 12 лет — получить и точное значение скорости распространения света в воздухе. По данным Фуко, скорость света в воздухе составляет с = 298 000 км/с. Такой результат достаточно близок к современным данным.

Окончание >>>