Algunos conocimientos sobre la velocidad de la luz.

Velocidad de la luz Valor de definición de la velocidad de la luz: c=299792458m/s

Valor calculado de la velocidad de la luz: c=(299792,50±0,10)km/s

Español: speed of light / speed of light

Definición: La velocidad de propagación de las ondas luminosas u ondas electromagnéticas en el vacío o en un medio. Ningún objeto o información puede moverse más rápido que la velocidad de la luz. .

Teoría:

No importa en qué hélice confíe una persona, su velocidad no puede alcanzar la velocidad de la luz, y mucho menos la velocidad superligera. Porque es imposible que un objeto de masa alcance la velocidad de la luz. El principio es el siguiente:

Primero, echemos un vistazo a la teoría de la equivalencia masa-energía. La teoría de la equivalencia masa-energía es el corolario más importante de la teoría especial de la relatividad de Einstein, es decir, la famosa ecuación E=mC^2;, en la fórmula (ecuación masa-energía) es energía E, la unidad es electrón voltio (eV), m es la masa, La unidad es MeV/c?, C es la velocidad de la luz, es decir, toda la materia tiene energía oculta con masa multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz;

Un objeto estacionario tiene toda su energía contenida en su masa estacionaria. Una vez en movimiento, se genera energía cinética. Dado que la masa y la energía son equivalentes, la energía que posee el movimiento debe sumarse a la masa, es decir, la masa del objeto en movimiento aumentará. Cuando un objeto se mueve mucho más lento que la velocidad de la luz, el aumento de masa es mínimo. Por ejemplo, cuando la velocidad alcanza el 0,1 de la velocidad de la luz, la masa aumenta sólo un 0,5%. Pero a medida que la velocidad se acerca a la de la luz, el aumento de masa se vuelve significativo. Por ejemplo, cuando la velocidad alcanza 0,9 de la velocidad de la luz, su masa se duplica con creces. En este momento, el objeto requiere más energía para seguir acelerando. Cuando la velocidad se acerca a la velocidad de la luz, la masa aumenta linealmente a medida que aumenta la velocidad. Cuando la velocidad se acerca infinitamente a la velocidad de la luz, la masa tiende a ser infinita, requiriendo energía infinita. Por tanto, la velocidad de cualquier objeto no puede alcanzar la velocidad de la luz. Sólo las partículas con masa cero pueden moverse a la velocidad de la luz, como los fotones.

Si consideramos el estado microscópico (mecánica cuántica), es posible superar la velocidad de la luz.

La existencia de los agujeros negros no tiene nada que ver con la velocidad de la luz. Los agujeros negros son causados ​​por la curvatura del espacio debido al campo gravitacional y no afectarán a la velocidad de la luz.

La velocidad de la luz en el vacío es una constante física (el símbolo es c), que equivale a 299.792.458 metros/segundo.

Cómo medir la velocidad de la luz: El primer valor exacto de la velocidad de la luz se midió observando el eclipse de Júpiter sobre sus satélites. También existen métodos de medición de la velocidad de la luz, como el método del engranaje giratorio, el método del espejo giratorio, el método de la caja de Kerr y el método del destello de frecuencia variable.

En 1983, se eligió la velocidad de la luz como estándar para definir el "metro" en lugar del prototipo de metro de platino conservado en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas de París, y se acordó que la velocidad de luz es estrictamente igual a 299.792.458 metros/segundo. Este valor concuerda con la definición de metro y segundo de aquella época. Más tarde, a medida que la precisión de los experimentos siguió mejorando, el valor de la velocidad de la luz cambió y el metro se definió como la distancia recorrida por la luz en 1/299.792.458 segundos.

Según la física moderna, la velocidad de todas las ondas electromagnéticas, incluida la luz visible, en el vacío es constante, que es la velocidad de la luz. La velocidad de propagación de la interacción fuerte, el efecto electromagnético y la interacción débil es la velocidad de la luz. Según la teoría general de la relatividad, la velocidad de propagación de la gravedad es también la velocidad de la luz, lo cual fue confirmado en 2003. Según las leyes del electromagnetismo, la velocidad del objeto que emite ondas electromagnéticas no afectará la velocidad de las ondas electromagnéticas. Combinado con el principio de la relatividad, las coordenadas de referencia del observador y la velocidad del objeto que emite ondas de luz no afectarán la velocidad de la luz medida, pero afectarán la longitud de onda, lo que resultará en un desplazamiento al rojo y al azul. Esta es la base de la relatividad especial. La teoría de la relatividad analiza la velocidad de la luz, no la luz. Incluso si la luz se ralentiza ligeramente, eso no afectará la teoría de la relatividad especial.

1. Método astronómico para determinar la velocidad de la luz

1. El método del eclipse satelital de Romer

La medición de la velocidad de la luz tuvo éxito por primera vez en astronomía. Esto se debe a que el vasto espacio del universo proporciona una distancia lo suficientemente grande como para medir la velocidad de la luz. Ya en 1676, el astrónomo danés Romer (1644-1710) midió por primera vez la velocidad de la luz. Dado que cualquier proceso de cambio periódico puede usarse como un reloj, encontró con éxito un "reloj" que está muy lejos del observador y es bastante preciso. Lo que Romer usó en sus observaciones fue un eclipse de satélite que ocurre cada cierto período de Júpiter. ． Durante su observación, notó que el tiempo entre dos eclipses de satélite consecutivos era más largo cuando la Tierra se alejaba de Júpiter que cuando la Tierra se acercaba a Júpiter. Explicó este fenómeno explicando que la velocidad de propagación de la luz es limitada. La luz es emitida por Júpiter (en realidad, por los satélites de Júpiter). Cuando la Tierra se aleja de Júpiter, la luz debe alcanzar a la Tierra. Por lo tanto, el tiempo entre dos eclipses de satélite de Júpiter cuando se observa desde la Tierra es más largo que el tiempo real. ; cuando la Tierra se mueve hacia Júpiter, este tiempo es más corto. Debido a que el período del satélite alrededor de Júpiter no es grande (alrededor de 1,75 días), la diferencia de tiempo anterior no debe exceder los 15 segundos (la velocidad orbital de la Tierra es de aproximadamente 30 kilómetros/segundo). Por lo tanto, para obtener resultados confiables, las observaciones se realizaron de manera continua durante todo el año. Romer calculó la velocidad de la luz observando los cambios de tiempo de los eclipses de satélites y el diámetro de la órbita de la Tierra. Dado que en aquel momento sólo se conocía el valor aproximado del radio orbital de la Tierra, la velocidad calculada de la luz era de sólo 214.300 km/s. Aunque este valor de la velocidad de la luz está lejos del valor exacto de la velocidad de la luz, es el primer registro en la historia de medir la velocidad de la luz. Más tarde, la gente utilizó la fotografía para medir el tiempo de eclipse de los satélites de Júpiter, y después de que mejoró la precisión de la medición del radio orbital de la Tierra, la velocidad de la luz calculada utilizando el método de Romer fue de 299840 ± 60 km/s.

2. El método de la aberración de la luz de Bradley

En 1728, el astrónomo británico Bradley (1693-1762) utilizó el método de la aberración de la luz de la estrella y una vez más concluyó que la velocidad de la luz es una cantidad física finita. Cuando Bradley observó estrellas en la Tierra, descubrió que las posiciones aparentes de las estrellas cambiaban constantemente. En un año, todas las estrellas parecían orbitar una elipse con semiejes mayores iguales en el cenit. Él cree que este fenómeno se produce porque la luz emitida por la estrella tarda un cierto tiempo en llegar a la Tierra, y durante este tiempo, la posición de la Tierra ha cambiado debido a su revolución. A partir de esto, midió la velocidad de la luz como: C=299930 kilómetros/segundo.

Este valor está relativamente cerca del valor real.

Lo anterior es sólo una medición de la velocidad de la luz utilizando fenómenos astronómicos y valores observacionales. Sin embargo, debido a las condiciones de ese momento en el laboratorio, no es posible medir la velocidad de la luz.

2. Método geodésico de medición de la velocidad de la luz

La medición de la velocidad de la luz incluye la medición de la distancia y el tiempo que requiere la luz ya que la velocidad de la luz es. muy grande, se debe medir una distancia muy grande. Larga distancia y poco tiempo, la geodesia es una variedad de métodos diseñados en torno a cómo medir con precisión la distancia y el tiempo.

1． El método de Galileo para medir la velocidad de la luz

En la historia de la física, el físico italiano Galileo Galilei fue el primero en proponer medir la velocidad de la luz. En su experimento de 1607, se pidió a dos observadores muy separados que sostuvieran una lámpara que pudiera bloquearse, como se muestra en la figura: El observador A encendió la luz y, después de un cierto período de tiempo, la luz llegó al observador B. B inmediatamente enciende su propia luz Después de un cierto tiempo, la señal regresa a A, por lo que A puede registrar el intervalo de tiempo t que transcurrió desde el momento en que encendió la luz hasta el momento en que la señal regresó de B a A. ． Si la distancia entre los dos observadores es S, entonces la velocidad de la luz es c=2s/t

Debido a que la velocidad de la luz es muy grande y el observador necesita un cierto tiempo de reacción, el intento de Galileo no tuvo éxito. Si se utiliza un espejo en lugar de B, la situación mejora, de modo que se puede evitar el error introducido por el observador. Este principio de medición se mantuvo durante mucho tiempo en todos los métodos experimentales posteriores para medir la velocidad de la luz. Todavía se utiliza incluso en experimentos modernos para medir la velocidad de la luz. Pero en términos de recepción de señal y medición del tiempo,

Utilice métodos confiables. Con estos métodos se puede medir la velocidad de la luz incluso en distancias relativamente cortas con una precisión suficientemente alta.

2． Método del engranaje giratorio

El primer método experimental para determinar la velocidad de la luz fue realizado por Fizeau en 1849. Utilizó un método para bloquear regularmente la luz (método de engranaje giratorio) para la grabación automática. El diagrama experimental es el siguiente. La luz emitida por la fuente de luz s pasa a través de la lente convergente L1 e incide en el espejo semiplateado A. Después de la reflexión, converge en el espacio entre los dientes a y a' del engranaje W, y luego pasa a través de las lentes L2. y L3 para llegar al reflector M., y luego reflejado de regreso. L4 lo recoge a través del espejo semiacabado A y luego lo emite a los ojos del observador E. Si se gira el engranaje, éste girará un ángulo dentro del tiempo Δt que transcurre después de que la luz llega al espejo M y se refleja. Si el espacio entre a y a’ está ocupado por el diente a (o a’), la luz reflejada quedará bloqueada, por lo que el observador no verá la luz. Pero si el engranaje se gira a un ángulo tal que la luz reflejada por el espejo M pasa a través del espacio entre los otros dientes, entonces el observador volverá a ver la luz. Cuando el engranaje gira más rápido, la luz reflejada es bloqueada por otro diente. , la luz volvió a desaparecer. De esta manera, cuando la velocidad del engranaje se acelera gradualmente desde cero, se verá un destello de luz en E. De la velocidad del engranaje v, el número de dientes n y la distancia L entre el engranaje y M, se puede deducir que la velocidad de la luz c=4nvL.

En los experimentos de Fizeau, cuando un engranaje con 720 dientes gira 12,67 veces en un segundo, la luz se bloqueará por primera vez y desaparecerá, y el tiempo necesario para que el espacio se alterne con los dientes del engranaje es 1 /12.67s

Durante este tiempo, el camino óptico recorrido por la luz es 2×8633 metros, por lo que la velocidad de la luz c=2×8633×18244 (m/s)≈315×108 ( km/s )

Además del método de engranaje giratorio, el método de interrupción que puede registrar automáticamente los tiempos de envío y recepción de señales también utiliza el método de la caja de Kerr en los tiempos modernos. En 1941, Anderson utilizó el método de la caja de Kerr para medir c=299776±6km/s. En 1951, Bergsgren utilizó el método de la caja de Kerr para medir c=299793,1±0,3km/s.

3. Método del prisma giratorio

El estadounidense Michelson combinó el método del engranaje y el método del espejo giratorio para crear un dispositivo de prisma giratorio. Debido a que el método del engranaje no es lo suficientemente preciso, no solo se oscurece cuando el centro del diente bloquea la luz, sino también cuando el borde del diente bloquea la luz. Por tanto, el instante en que la imagen desaparece no se puede medir con precisión. El método del espejo giratorio tampoco es lo suficientemente preciso, porque el desplazamiento de la imagen Δs en este método es demasiado pequeño, solo 0,7 mm, lo que es difícil de medir con precisión. El método del espejo giratorio de Michelson supera estas deficiencias. Reemplazó el espejo plano giratorio en el método del espejo giratorio con un prisma de acero octogonal regular, aumentando así en gran medida la trayectoria óptica. También utilizó la medición precisa de la velocidad de rotación del prisma para reemplazar la velocidad del engranaje en el método de medición del engranaje. el tiempo necesario para que la luz recorra toda la distancia, reduciendo así los errores de medición. De 1879 a 1926, Michelson se dedicó a medir la velocidad de la luz durante casi cincuenta años, y dedicó mucho trabajo a este respecto. En 1926, su último valor medido de la velocidad de la luz fue

c=299796 km/s

Este era el valor medido más preciso en ese momento y pronto se convirtió en el valor generalmente aceptado de la velocidad de la luz en ese momento.

3. Método de laboratorio para medir la velocidad de la luz (disponible en los libros de texto de la escuela secundaria)

Tanto el método astronómico como el método geodésico para medir la velocidad de la luz utilizan la medición de la propagación. Distancia y tiempo de propagación de la señal luminosa. Determine la velocidad de la luz. Esto requiere aumentar la trayectoria óptica tanto como sea posible para mejorar la precisión de la medición del tiempo. En el laboratorio, esto suele estar limitado por el tiempo y el espacio y sólo puede realizarse en la naturaleza. Por ejemplo, el método del engranaje de rueda de Fizeau se llevó a cabo en Soulen y Damon Martell, en París, a 8.633 metros de distancia. El método del espejo giratorio de Foucault también estaba en uso en aquella época, y Michelson lo completó en dos picos separados por 35.373,21 metros. El desarrollo de la ciencia y la tecnología modernas permite a las personas utilizar instrumentos experimentales más pequeños y precisos para medir la velocidad de la luz en el laboratorio.

1. Método del resonador de microondas

En 1950, Essen fue el primero en utilizar el método de medir la longitud de onda y la frecuencia de las microondas para determinar la velocidad de la luz. En sus experimentos, se introdujeron microondas en un recipiente cilíndrico.

En la cavidad resonante, cuando la longitud de onda de microondas coincide con el tamaño geométrico de la cavidad resonante, la relación entre la circunferencia πD de la cavidad resonante y la longitud de onda tiene la siguiente relación: πD=2,404825λ Por lo tanto, la longitud de onda se puede determinar midiendo. el diámetro de la cavidad resonante y el diámetro. El método de interferencia se utiliza para medir; la frecuencia se mide utilizando el método de diferencia de frecuencia paso a paso. La precisión de la medición alcanza 10-7. En el experimento de Essen, la longitud de onda del microondas utilizado fue de 10 centímetros y la velocidad de la luz obtenida fue de 299792,5±1 km/s.

2． Velocimetría láser (libro de texto universitario)

En 1970, la Oficina Nacional de Estándares y el Laboratorio Nacional de Física fueron los primeros en utilizar láseres para medir la velocidad de la luz. El principio de este método es medir simultáneamente la longitud de onda y la frecuencia del láser para determinar la velocidad de la luz (c=νλ). Dado que la precisión de la medición de la frecuencia y la longitud de onda del láser se ha mejorado enormemente, la precisión de la medición de la velocimetría láser puede alcanzar 10-9, que es aproximadamente 100 veces mayor que el método experimental más preciso anterior.

Además de los diversos métodos para medir la velocidad de la luz presentados anteriormente, existen muchos métodos muy precisos para medir la velocidad de la luz.

Según la resolución de la XV Conferencia Internacional sobre Pesos y Medidas de 1975, el valor más fiable de la velocidad de la luz en el vacío moderno es:

c=299792,458±0,001km /s

Síntesis de velocidad al acercarse a la velocidad de la luz

Al acercarse a la velocidad de la luz, el sistema de coordenadas cartesiano ya no es aplicable. De manera similar, al medir la velocidad de la luz al salir de uno mismo, una persona que persigue la luz rápidamente y una persona que permanece quieta medirán la misma velocidad (velocidad de la luz). Esto es diferente del concepto de velocidad en la vida diaria. Dos automóviles se acercan a 50 km/h. El conductor sentirá que el otro automóvil conduce a 50 50 = 100 km/h, que es lo mismo que si estuviera parado y el otro automóvil se acercara a 100 km/h. Pero cuando la velocidad se acerca a la velocidad de la luz, los experimentos muestran que los cálculos simples de suma ya no funcionan. Cuando dos naves espaciales vuelan de frente a 90 la velocidad de la luz (para un tercero), las personas en la nave no sentirán que la nave espacial del otro lado está volando de frente a 90c 90c = 180c la velocidad de la luz, sino solo a una velocidad ligeramente inferior a 99,5. El resultado se puede derivar de la fórmula de Einstein para calcular la velocidad:

v y w son la velocidad de la nave espacial para un tercero, u es la velocidad percibida y c es la velocidad de la luz.

Velocidad de la luz en diferentes medios

Velocidad de la luz en el vacío La velocidad de la luz en el vacío es una constante física importante El valor reconocido internacionalmente es c=299.792.458 metros. /segundo. Antes del siglo XVII, la gente pensaba que la velocidad de la luz era infinita. El físico italiano G. Galileo alguna vez dudó de esto e intentó probarlo mediante experimentos, pero fracasó porque era demasiado tosco. En 1676, el astrónomo danés O.C. Romer utilizó los cambios de tiempo de los eclipses de los satélites de Júpiter para demostrar que la luz se propaga a una velocidad finita. En 1727, el astrónomo británico J. Bradley utilizó el fenómeno de la aberración estelar para estimar la velocidad de la luz en c=303.000 kilómetros/segundo. En 1926, el físico estadounidense A.A. Michelson mejoró el experimento de Foucault y midió c=(299796±4) kilómetros/segundo. Repitió el experimento en el vacío y midió c=299774 km/s. Más tarde, alguien usó un interruptor óptico (caja de Kerr) en lugar de rotación de engranajes para mejorar el experimento de Fizzo, y su precisión fue dos órdenes de magnitud mayor que el método del espejo giratorio. En 1952, el físico experimental británico K.D. Ferrom utilizó el método del interferómetro de microondas para medir la velocidad de la luz y obtuvo c=(299792,50±0,10) kilómetros/segundo. Este valor fue recomendado como valor recomendado internacionalmente en 1957 y se utilizó hasta 1973.

En 1972, K.M. Evanson y otros en Estados Unidos midieron directamente la frecuencia del láser ν y la longitud de onda λ según la fórmula c=νλ, c=(299792458±1,2) metros/segundo. En 1975, la 15ª Conferencia Internacional sobre Pesas y Medidas confirmó que el valor de velocidad de la luz anterior debería utilizarse como valor recomendado internacional. En 1983, la 17ª Conferencia Internacional sobre Pesas y Medidas adoptó una nueva definición del metro. En esta definición, la velocidad de la luz c=299792458 metros/segundo es el valor especificado, y la unidad de longitud metro está definida por este valor especificado. Ahora que la velocidad de la luz en el vacío se ha convertido en un valor definido, no se necesitan más mediciones de la velocidad de la luz.

Velocidad de la luz en los medios Diferentes medios tienen diferentes valores de la velocidad de la luz. En 1850, Fizzo utilizó el método del engranaje para medir la velocidad de la luz en el agua y demostró que la velocidad de la luz en el agua es menor que la velocidad de la luz en el aire. Casi al mismo tiempo, Foucault también midió la velocidad de la luz (3/4c) en el agua mediante el método del espejo giratorio y llegó a la misma conclusión. Este resultado experimental es consistente con la dualidad onda-partícula de la luz y contradice la teoría de partículas de Newton (al explicar la ley de refracción de la luz, que ha jugado un papel importante en el establecimiento de la naturaleza ondulatoria de la luz en la historia). En 1851, Fizzo utilizó el método de interferencia para medir la velocidad de la luz en un medio en movimiento, confirmando la fórmula de resistencia de A.-J. [Velocidad de la luz en vidrio 2/3c]

Velocidad de la luz en agua: 2,25×10^8m/s

Velocidad de la luz en vidrio: 2,0 ×10^8m/s

La velocidad de la luz en el hielo: 2,30×10^8m/s

La velocidad de la luz en el aire: 3,0×10^8m/s

La velocidad de la luz en el hielo Velocidad en el alcohol: 2,2×10^8m/s

La teoría anterior sólo era básicamente exacta en la década de 1870. En la teoría general de la relatividad de Einstein, la. La velocidad de la luz se explicó de la siguiente manera: cuando un objeto se mueve cerca de la velocidad de la luz, el tiempo se ralentiza, cuando el objeto se mueve igual a la velocidad de la luz, el tiempo se detiene, y cuando el objeto se mueve excede la velocidad de la luz, el tiempo fluye Estas tres inferencias fueron hechas por la Agencia Astronómica Internacional a principios y mediados de la década de 1870. Se ha confirmado el tiempo de los eclipses, y la máquina actual que ha confirmado que los humanos superan la velocidad de la luz es la máquina del tiempo rusa, que puede configurar el tiempo local. retrocede un segundo y consume tanta electricidad como toda la ciudad de Moscú en tres años

Derivación de E=mc^2

Acerca de la velocidad de la luz

La velocidad de la luz en el agua: 2,25×10^8m/s

La velocidad de la luz en el vidrio: 2,0 ×10^8m/s

La velocidad de la luz en el hielo : 2,30×10^8m/s

La velocidad de la luz en el aire: 3,0×10^8m/s

La velocidad de la luz en el alcohol: 2,2×10^8m /s

¿Sabes qué significa esta velocidad? Es el medio y no le importa la velocidad a la que se mueve el medio en su conjunto. Es decir, si el sistema de medición se mueve a una determinada velocidad, la velocidad de la luz es la velocidad del sistema de medición más la velocidad de la luz en el medio, al menos aproximadamente a velocidades bajas. Esto no lo niegan quienes sostienen esto. La teoría de la relatividad.

Tomemos como ejemplo el experimento del sonido: el aire está estacionario contra el suelo. La primera vez que no nos movimos, el sonido que hicimos avanzó 300 metros en 1 segundo; metro a una velocidad constante en 1 segundo. Se midió que el sonido estaba a 301 metros de nosotros, y llegamos a la conclusión de que la velocidad de los dos sonidos en relación con el suelo se mantuvo sin cambios, en relación con nosotros, la primera vez fue 300. metros/segundo; el segundo tiempo fue de 301 metros/segundo.

Cambie al experimento de luz y obtenga el mismo resultado. Hagámoslo de nuevo con un medio de vidrio y obtendremos el mismo resultado. Si hacemos otro experimento en el que no nos movemos y dejamos que el vidrio se mueva con la luz a una velocidad constante, encontraremos que la luz sigue teniendo la velocidad de. luz para el vidrio, porque sus condiciones de transmisión no han cambiado, pero para nosotros, la velocidad de la luz ha cambiado, es la velocidad de la luz en reposo del vidrio.

O admitir que la velocidad de la luz es variable, o admitir que la velocidad del sonido también es constante.

¿En qué circunstancias podría ser útil la teoría de la relatividad?

Einstein dijo: Cualquier rayo de luz se mueve a una cierta velocidad c en un sistema de coordenadas "estacionario", independientemente de si el rayo de luz es emitido por un objeto estacionario o en movimiento. ”

El principio de velocidad constante de la luz en física universitaria: en cualquier sistema de referencia inercial que se mueve en línea recta uniforme entre sí, la velocidad de propagación de la luz medida en el vacío es igual.

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Se puede observar que los libros de texto universitarios ya han considerado que la velocidad de la luz en el vacío es variable, pero esta definición trae otro problema. La teoría de la relatividad solo está disponible en el vacío, no en condiciones atmosféricas normales. lo que hace que algunas teorías de la relatividad los seguidores ciegos estén perdidos. Si los estudiantes quieren participar en discusiones científicas, primero deben enriquecer sus conocimientos.

Ver Baidu: Ciencia, divulgación científica, objetividad, sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento [Editar este párrafo] Una breve historia de la medición de la velocidad de la luz La velocidad de la luz en el vacío es una de las más antiguas constantes físicas. Ya en 1629, Isaac Beeckman propuso un experimento en el que una persona seguía un destello de luz y lo reflejaba a través de un espejo durante aproximadamente una milla. Galileo creía que la velocidad de la luz era limitada. En 1638, pidió a dos personas que llevaran linternas y subieran a una montaña a sólo un kilómetro de distancia. El primer grupo de personas abrió la linterna y comenzó a cronometrar. La linterna después de ver la luz brillante. Después de que un grupo vio una luz brillante, dejaron de cronometrar. Este es el famoso esquema de enmascaramiento de la luz para medir la velocidad de la luz. Lo que este método de medición en realidad mide es principalmente la reacción del experimentador. y el tiempo de movimiento de la mano humana.

Consejos astronómicos

Romer midió la velocidad de la luz observando el oscurecimiento de Ío desde la Tierra.

En 1676, Ole Romer utilizó un telescopio para estudiar el movimiento de Io, la luna de Júpiter, y estimó cuantitativamente la velocidad de la luz por primera vez. La órbita de Io se puede utilizar para calcular el tiempo, porque entra regularmente en la sombra de Júpiter durante un período de tiempo (C a D en la figura). Romer observó que cuando la Tierra está más cerca de Júpiter (punto H), el período orbital de Io es de 42,5 horas. Cuando la Tierra está lejos de Júpiter (de L a K), el tiempo que tardará Io en emerger de la sombra será. más de lo previsto. Llega cada vez más tarde, obviamente porque la distancia entre Júpiter y la Tierra aumenta, por lo que la "señal" tarda más en transmitirse. La luz tiene que viajar a través de la mayor distancia entre los planetas, lo que hace que la señal de sincronización se extienda más tiempo entre la primera vez y la siguiente. A medida que la Tierra se acerca a Júpiter (de F a G), la situación es exactamente la contraria. Romer observó que el período de Io es 22 minutos más corto durante sus 40 períodos orbitales a medida que se acerca que durante sus 40 períodos orbitales a medida que se aleja. Basándose en estas observaciones, Romer estimó que la luz tardaría 22 minutos adicionales en recorrer la mayor distancia entre Io y la Tierra durante los 80 períodos orbitales. Esto significa que de L a K y de F a G, la Tierra ha experimentado 80 períodos orbitales de Io (42,5 horas) y la luz sólo tarda 22 minutos. Esto corresponde a una relación entre el movimiento de la Tierra en su órbita alrededor del Sol y la velocidad de la luz:

Esto significa que la velocidad de la luz es 9.300 veces la velocidad orbital de la Tierra, en comparación con el valor actual. de 10.100 veces, casi lo mismo.

En aquel momento, el valor estimado de la unidad astronómica era de unos 140 millones de kilómetros. Christiaan Huygens combinó la unidad astronómica con la estimación del tiempo de Romer y descubrió que la velocidad de la luz por minuto era 1.000 veces el diámetro de la Tierra. Parecía haber malinterpretado los 22 minutos de Romer como el tiempo que tardaba en cruzar la órbita de la Tierra. Esto equivale a 220.000 kilómetros (136.000 millas) por segundo, que es 26 veces menor que el valor utilizado hoy en día, pero aún mejor que el valor medido utilizando otros métodos físicos conocidos en ese momento.

Isaac Newton también aceptó la idea de que la velocidad de la luz era finita en su libro Óptica de 1704, propuso que la luz podía atravesar la Tierra 16,6 veces por segundo (equivalente a 210.000 km/s, 30). inferior al valor correcto). Ésta parece ser su propia inferencia (no está claro si citó o consultó los datos de Romer). Romer utilizó luego el mismo principio para observar los cambios en el período de rotación de las manchas en la superficie de Júpiter, y también observó el mismo fenómeno en los otros tres satélites galileanos. Sin embargo, debido a que este tipo de observación es muy difícil, posteriormente fue reemplazado por otros métodos. .

Aun así, basándose en estas observaciones, la velocidad finita de la luz no fue aceptada satisfactoriamente por el público (en particular, Jean-Dominique Cassini) hasta James Bradley (1728). Después de las observaciones, la idea de que la velocidad de la luz era infinita fue abandonada. Bradley dedujo que si la velocidad de la luz es finita, la velocidad orbital de la Tierra desviará la luz de las estrellas que llega a la Tierra en un ligero ángulo. Esta es la llamada aberración de la luz, y su tamaño es de sólo 1/200 grados. Bradley calculó que la velocidad de la luz era de 298.000 kilómetros por segundo (185.000 millas por segundo), que es menos de 1 diferente del valor actual. Los efectos de la aberración fueron bien estudiados en el siglo XIX, sobre todo por Vasily Yakovlevich Struve y de Magnus Nyrén.

Otros métodos

En 1849, Fizeau utilizó el método del engranaje giratorio para obtener c = 3,153×10 m/s. Fue el primer experimentador en utilizar métodos experimentales para medir la velocidad de la luz en la Tierra. El método experimental es aproximadamente el siguiente:

Después de que la luz se refleja desde la superficie semiplateada, se proyecta hacia el reflector a través del engranaje giratorio de alta velocidad y luego regresa por el camino original. Si el tiempo que tarda el engranaje en girar a través de un diente es exactamente igual al tiempo de ida y vuelta de la luz, la luz se puede observar a través de la superficie semiplateada y la velocidad de la luz se puede calcular en función de la velocidad de rotación. del engranaje.

En 1862, Foucault utilizó el método del espejo giratorio para medir la velocidad de la luz en el aire. El principio era similar al método del engranaje giratorio de Fizeau. Su resultado fue c = 2,98 × 10 m/s.

La tercera persona que midió la velocidad de la luz en la Tierra fue M.A. Cornu. En 1874, mejoró el método del engranaje giratorio de Fizeau y obtuvo c = 2,9999 × 10 m/s.

Albert Michelson mejoró el método del espejo giratorio de Foucault y midió la velocidad de la luz varias veces. En 1879 se obtuvo c = (2,99910±0,00050) × 10 m/s; en 1882, se obtuvo c = (2,99853±0,00060) × 10 m/s.

Más tarde, desarrolló el método del prisma giratorio combinando las características del método del espejo giratorio y el método del engranaje giratorio. De 1924 a 1927, obtuvo c = (2,99796±0,00004) × 10 m/s.

Cuando Michelson calculó la velocidad de la luz en el vacío, debería haber utilizado el índice de refracción de velocidad de grupo del aire, pero utilizó el índice de refracción de velocidad de fase del aire. Este error fue descubierto por Birch en 1929. Después de la corrección, el resultado en 1926 debería ser c = (2,99798±0,00004) × 10 m/s = 299798±4 km/s.

Posteriormente, debido al desarrollo de la electrónica, se utilizaron métodos como las células de Kerr, las cavidades resonantes y los telémetros fotoeléctricos para medir la velocidad de la luz, que era un orden de magnitud mayor que utilizando directamente métodos ópticos.

El láser se inventó en la década de 1960. El uso de láseres de frecuencia estabilizada puede reducir en gran medida la incertidumbre de la medición de la velocidad de la luz.

En 1973 alcanzó 0,004 ppm. Finalmente, en la 17ª Conferencia Internacional sobre Pesas y Medidas en 1983 se tomó la decisión de establecer la velocidad de la luz en el vacío como un valor exacto.

Una breve tabla para medir la velocidad de la luz en el vacío en los tiempos modernos:

Era Método Moderador Velocidad de la Luz (km/s) Incertidumbre (km/s) 1907Rosa, DorseyEsu/emu*299784151928Karolus et al. Caja Er 299786151947Cavidad resonante igual de Essen 29979241949Radar Aslakson 299792.42.41951Telémetro fotoeléctrico Bergstand 299793.10.261954Interferómetro de microondas Froome 299792 .750.31964Espectro de banda igual de rango 299792.80.41972Bay et al. Láser de helio-neón estabilizado en frecuencia 299792.4620.0181973 Ajuste 299792.45800.00121974 Láser de CO2 estabilizado en frecuencia Blaney Láser 299792.45900.00061976Woods et al. 299792.45880.00021980Baird Láser de helio-neón estabilizado de igual frecuencia 299792.45810.00191983 Acuerdo internacional (reglamento) ) 299792.458 (valor exacto)

esu es la abreviatura de unidades electrostáticas; emu es la abreviatura de unidades electrostáticas para unidades magnéticas.