Come è stata misurata la velocità della luce

Come è stata misurata la velocità della luce

La velocità della luce nel vuoto sta a "esattamente 299.792.458 metri al secondo“. La ragione per cui oggi possiamo dare una cifra esatta è perché la velocità della luce nel vuoto è una costante universale misurata con i laser; e quando un esperimento coinvolge i laser, è difficile discutere con i risultati. Per quanto riguarda il motivo per cui emerge in modo un po 'vistoso come un numero intero, non è una coincidenza - la lunghezza del metro è definita usando questa costante: "la lunghezza del percorso percorsa dalla luce nel vuoto durante un intervallo di tempo di 1 / 299.792.458 di secondo “.

Prima di qualche centinaio di anni fa, era generalmente d'accordo o almeno supponevo che la velocità della luce fosse infinita, quando in realtà è davvero molto, molto, molto veloce - per riferimento, la velocità della luce è leggermente più lenta del più veloce cosa nell'universo conosciuto - il tempo di risposta di un'adolescente se Justin Bieber dovesse dire su Twitter: "Il primo a rispondere a questo tweet sarà la mia nuova fidanzata".

La prima persona conosciuta a mettere in discussione l'intera "velocità della luce è infinita" era il filosofo Empedocle del V secolo aC. Meno di un secolo dopo, Aristotele sarebbe in disaccordo con Empedocle e l'argomentazione continuò per oltre 2000 anni dopo.

Uno dei primi individui di spicco a inventare un esperimento tangibile per verificare se la luce avesse una velocità era lo scienziato olandese Isaac Beeckman nel 1629. Nonostante vivesse in un periodo precedente ai laser - che mi dà i brividi a cui pensare - Beeckman capì che in assenza di laser, la base di ogni buon esperimento scientifico dovrebbe sempre comportare esplosioni di qualche tipo; quindi, il suo esperimento prevedeva la detonazione della polvere da sparo.

Beeckman pose gli specchi a varie distanze dall'esplosione e chiese agli osservatori se potevano vedere qualche differenza quando il lampo di luce riflesso da ogni specchio raggiungeva i loro occhi. Come puoi probabilmente indovinare, l'esperimento è stato “Inconcludente”.

Un simile esperimento più famoso che non prevedeva esplosioni fu probabilmente condotto o per lo meno proposto da Galileo Galilei poco meno di un decennio dopo, nel 1638. Galileo, come Beeckman, sospettava anche che la velocità della luce non fosse infinita e facesse riferimenti di passaggio a un esperimento che coinvolge lanterne in alcune delle sue opere. Il suo esperimento (se mai l'avesse mai condotto), prevedeva di posizionare due lanterne a un miglio di distanza l'una dall'altra e di cercare di vedere se ci fosse qualche ritardo evidente tra i due; i risultati sono stati inconcludenti. L'unica cosa che Galileo poteva supporre era che se la luce non fosse infinita, era veloce e che esperimenti di così piccola scala erano destinati a fallire.

Non è stato fino all'astronomo danese, Ole Römer è entrato nella mischia che le misure della velocità della luce si sono rivelate serie. In un esperimento che ha fatto apparire le lanterne lampeggianti di Galileo su una collina come un progetto di una fiera della scienza delle scuole primarie, Römer ha stabilito che, in assenza di laser ed esplosioni, un esperimento dovrebbe sempre coinvolgere lo spazio esterno. Così, ha basato le sue osservazioni sul movimento dei pianeti stessi, annunciando i suoi risultati pionieristici il 22 agosto 1676.

Nello specifico, mentre studiava una delle lune di Giove, Römer notò che il tempo tra le eclissi variava durante l'anno (a seconda che la Terra si stesse muovendo verso Giove o lontano da essa). Curioso di questo, Römer iniziò a prendere appunti attenti sul tempo in cui il I0 (la luna che stava osservando) sarebbe venuto in vista e in che modo si correlava al tempo che normalmente si aspettava. Dopo un po ', Römer notò che mentre la Terra orbitava attorno al sole e si allontanava a sua volta da Giove, il tempo in cui Io sarebbe venuto a vedere sarebbe rimasto indietro rispetto al tempo atteso annotato nelle sue note. Römer (correttamente) teorizzò che ciò era dovuto al fatto che la luce riflessa da Io non stava viaggiando istantaneamente.

Sfortunatamente, i calcoli esatti che ha usato sono stati persi nel Fuoco di Copenaghen del 1728, ma abbiamo un resoconto abbastanza buono di cose da notizie che coprono la sua scoperta e da altri scienziati in quel periodo che usavano i numeri di Römer nel loro lavoro. L'essenza di ciò era che usando un mucchio di calcoli intelligenti che coinvolgono il diametro delle orbite della Terra e di Giove, Römer è stato in grado di concludere che ci sono voluti circa 22 minuti affinché la luce attraversasse il diametro dell'orbita terrestre attorno al Sole. Christiaan Huygens in seguito lo ha convertito in numeri più comuni, dimostrando che secondo la stima di Römer, la luce viaggiava a circa 220.000 chilometri al secondo. Questa cifra è leggermente inferiore (circa il 27% di sconto) rispetto alla figura riportata nel primo paragrafo, ma ci arriveremo in un momento.

Quando i colleghi di Römer quasi universalmente espressero dei dubbi nella sua teoria su Io, Römer rispose tranquillamente dicendo loro che l'eclissi di Io del 9 novembre nel 1676 sarebbe stata di 10 minuti in ritardo. Quando venne il momento, i dubbiosi rimasero sbalorditi mentre il movimento di un intero corpo celeste conferiva credibilità alla sua conclusione.

I colleghi di Römer avevano ragione a essere sbalorditi nella sua stima, poiché anche oggi la sua stima della velocità della luce è considerata incredibilmente accurata, considerando che è stata fatta 300 anni prima dell'esistenza di entrambi i laser, di Internet e di Conan O'Brien. capelli.Okay, quindi erano 80.000 chilometri al secondo troppo lenti, ma dato lo stato della scienza e della tecnologia in quel momento, ciò è straordinariamente impressionante, soprattutto considerando che inizialmente stava solo iniziando a farsi un'idea.

Ciò che è ancora più sorprendente è che la ragione per cui la stima di Römer è un po 'troppo lenta si pensa abbia meno a che fare con qualsiasi errore da parte sua e più a che fare con il fatto che il diametro comunemente accettato delle orbite della Terra e di Giove era spento quando Römer ha fatto i suoi calcoli. Il che significa sì, Römer ha sbagliato solo perché altro le persone non erano così fantastiche con la scienza come lui. In effetti, se si inseriscono i numeri dell'orbita corretta in quelli che si pensa siano i suoi calcoli originali dai rapporti prima che i suoi documenti fossero distrutti nell'incendio di cui sopra, la sua stima è quasi azzeccata.

Quindi, anche se era tecnicamente sbagliato e anche se James Bradley ha avuto un numero più preciso nel 1729, Römer passerà alla storia come il ragazzo che per primo ha dimostrato che la velocità della luce non era infinita e ha elaborato una figura di campo ragionevolmente accurata su quale fosse la velocità esatta osservando i movimenti di uno speck in orbita attorno a una gigantesca palla di gas posizionata a circa 780 milioni di chilometri di distanza. Quel vero signore e signori è come un cazzone, privo di laser, fa scienza.

Fatti del bonus:

  • L'energia necessaria per fermare la Terra in orbita attorno al sole è di circa 2,6478 × 10 ^ 33 joule o 7,3551 × 10 ^ 29 watt ora o 6,3285 * 10 ^ 17 megatoni di TNT. Per riferimento, la più grande esplosione nucleare mai fatta esplodere (lo Zar Bomba dall'Unione Sovietica) ha prodotto "solo" 50 megatoni di energia TNT. Quindi ci vorrebbero circa 12.657.000.000.000.000 di quelle bombe nucleari fatte detonare nella posizione corretta per impedire alla Terra di orbitare attorno al sole.
  • A parte il dibattito sul fatto che la velocità della luce fosse infinita o no, un dibattito comune nel corso della storia era se la luce provenisse dall'occhio stesso o da qualcos'altro. Tra i famosi scienziati a credere nella teoria della "luce emessa dagli occhi" c'erano Tolomeo ed Euclide. La maggior parte di chi ha pensato che questa teoria sia corretta ha anche pensato che la velocità della luce debba essere infinita, perché nell'istante in cui apriamo gli occhi, possiamo vedere un vasto numero di stelle nel cielo notturno e quel numero non aumenta più a lungo guardiamo, a meno che naturalmente in precedenza stavamo guardando una luce intensa e i nostri occhi si stanno abituando all'oscurità.

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