Ταχύτητα του φωτός: Όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για το σημερινό Doodle της Google

Πώς ορίζεται, όμως, η ταχύτητα του φωτός και τι γνωρίζουμε γι' αυτή;

Η ταχύτητα του φωτός είναι η ταχύτητα με την οποία το φως διαδίδεται στο κενό ή σε άλλα μέσα. Η ταχύτητα του φωτός στο κενό που συμβολίζεται συνήθως με c, είναι 299.792.458 m/s (μέτρα το δευτερόλεπτο) σε μονάδες SI, δηλαδή κατά προσέγγιση 300.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο ή σε επιστημονική μορφή 3·108m/s.

Η ταχύτητα του φωτός στο «κενό» θεωρείται η μέγιστη ταχύτητα που μπορεί να αναπτυχθεί, όχι μόνο από το φως αλλά και από τα υπόλοιπα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, άλλες μορφές μετάδοσης ενέργειας και από την ύλη. Η ταχύτητα αυτή είναι τόσο μεγάλη, ώστε αν ένας παρατηρητής κινούταν γύρω από τον ισημερινό της γης με αυτή την ταχύτητα θα ολοκλήρωνε το γύρω του κόσμου σε 13 εκατοστά του δευτερολέπτου.

Άλλο παράδειγμα είναι ότι το φως του ήλιου φτάνει στη γη μετά από 8 λεπτά, αφότου εκπεμφθεί από την επιφάνειά του.

Δείτε το Doodle της Google για την ταχύτητα του φωτός!

Η ταχύτητα του φωτός δεν είναι σταθερή, αλλά εξαρτάται από το μέσο μέσα στο οποίο γίνεται η διάδοση. Συγκεκριμένα, όταν το φως διαδίδεται σε κάποιο υλικό (όπως το γυαλί ή ο αέρας), η ταχύτητά του εξαρτάται από τον δείκτη διάθλασης του συγκεκριμένου υλικού· όσο μεγαλύτερος είναι ο δείκτης διάθλασης, τόσο πιο μικρή είναι η ταχύτητα του φωτός μέσα στο υλικό. Η ταχύτητα του φωτός σε άλλα υλικά είναι κατά κανόνα μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός στο κενό, ο δείκτης διάθλασης του κενού είναι 1 και στα υπόλοιπα υλικά μεγαλύτερος του ένα. Λόγω της αλλαγής της ταχύτητάς του καθώς μεταβαίνει από ένα μέσο σε άλλο με διαφορετικό δείκτη διάθλασης παρατηρείται το φαινόμενο της διάθλασης, γιατί ισχύει ο νόμος της συντομότερης διαδρομής του φωτός.

Ιστορία

O πρώτος που λέγεται ότι προσπάθησε να μετρήσει την ταχύτητα του φωτός ήταν ο Γαλιλαίος το 1638. Η ιδέα του ήταν μάλλον χονδροειδής. Δύο μαθητές του στέκονταν το βράδυ σε δύο γειτονικούς λόφους, κρατώντας ο καθένας από 1 καλυμμένο φανάρι. Ο πρώτος ξεσκέπαζε το φανάρι του και άρχισε να μετράει το χρόνο. Ο δεύτερος ξεσκέπαζε το δικό του φανάρι μόλις έβλεπε το φως του φαναριού του πρώτου. Ο πρώτος σταματούσε το χρόνο μόλις έβλεπε το φως του φαναριού του δεύτερου. Φυσικά με τα χρονόμετρα της εποχής εκείνης δεν ήταν δυνατό να μετρηθεί ένα χρονικό διάστημα 10 εκατομμυριοστών του δευτερολέπτου, όσος δηλαδή ήταν ο χρόνος που χρειαζόταν το φως για να διανύσει στις δύο κατευθύνσεις την απόσταση του ενάμιση χιλιομέτρου που χώριζε τους δύο λόφους.

Το 1666 έγινε για πρώτη φορά η μέτρηση της ταχύτητας του φωτός, αν και με κάποια ανακρίβεια, απ΄το Δανό αστρονόμο Ole Roemer. O Roemer υπολόγισε την περίοδο των δορυφόρων του Δία, σκεπτόμενος ότι οι περίοδοι αυτοί θα έπρεπε πριν από οτιδήποτε άλλο να είναι σταθερές. Αλλά όταν έκανε τις πρώτες μετρήσεις του, ανακάλυψε ότι οι περίοδοι αυτές δεν ήταν σταθερές. Για την ιστορία ο Roemer μέτρησε την ταχύτητα της τάξης των 310.000 km/s.

Στα 1725 ο James Bradley χρησιμοποίησε μια μέθοδο, που λεγόταν Αστρική Διαταραχή. Αυτή η μέθοδος δέχεται ότι η γωνία, μέσα στην οποία το φως από κάποιο μακρινό αστέρα φτάνει στη γη διαφέρει, ανάλογα με τη θέση που έχει η γη εξαιτίας της τροχιάς της. Υπάρχει δηλαδή διαφορά, αν η γη πλησιάζει ή απομακρύνεται απ΄τον αστέρα.

Η μέθοδος του Γάλλου Fizeau αφορούσε το χρόνο που χρειαζόταν ένα σήμα φωτός να φτάσει ένα μακρινό καθρέφτη και να επιστρέψει. Ο Fizeau χρησιμοποίησε έναν περιστρεφόμενο τροχό, ο οποίος σε περιοδικά χρονικά διαστήματα άφηνε το φως να διέλθει μέσα από το τηλεσκόπιο του. Ο καθρέφτης του απείχε περίπου 9 χιλιόμετρα από αυτόν και η περίοδος στο τηλεσκόπιο του ήταν 60 ms.

Μέθοδος Ραίμερ

Ο Όλε Ραίμερ είχε παρατηρήσει ότι οι εκλείψεις του πρώτου δορυφόρου του Δία που είναι ορατές από την Γη και οι τροχιές του Δία και της Γης γύρω από τον Ήλιο και του δορυφόρου βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο με μια φαινόμενη περίοδο που αυξάνεται όσο η Γη απομακρύνεται από τον Δία. Η μεγαλύτερη φαινόμενη περίοδος εκλείψεων αντιστοιχεί στην μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ Δία και Γης και υπερβαίνει κατά Δt=100 sec την μικρότερη φαινόμενη περίοδο που εμφανίζεται, όταν η Γη πλησιάζει στη μικρότερη δυνατή απόσταση τον Δια.

Ο δε χρόνος μεταξύ δύο διαδοχικών εκλείψεων είναι 42 ώρες 28΄ και 36΄΄. Έτσι όταν η Γη βρίσκεται στη μεγαλύτερη απόσταση (Γ2) βρίσκουμε πως ο μεσολαβούμενος χρόνος μεταξύ των παρατηρήσεων ισούται προς Ν επί (42 ώρες 28΄ και 36΄΄) + θ, όπου Ν+1 παριστά τον αριθμό των εκλείψεων που έγιναν από το εγγύτερο σημείο της Γης (Γ1) προς τον Δία μέχρι το απόμακρο αυτής (Γ2). Είναι φανερό πως ο επιπλέον χρόνος θ (που βρέθηκε ίσος προς 16΄ και 26΄΄) δαπανάται προκειμένου το φως να διανύσει την απόσταση Γ1-Γ2 με την οποία και αυξήθηκε η απόσταση Γης από του Δια. Αλλά η διάμετρος της τροχιάς αυτής της Γης όπου και ΔS είναι ίση προς 300.000.000 km. ή ίση προς 3 Χ 1013 εκατοστόμετρα. Εξ αυτής και του χρόνου θ με διαίρεση βρέθηκε η ταχύτητα του φωτός ίση με c=300.000.000km/16'-36'' = 300.000.000km / 986sec = 304.260 km/sec

Μέθοδος Φιζώ

Ο Ιππόλυτος Φιζώ χρησιμοποίησε μια διάταξη από σωλήνα στο μέσο του οποίου εισχωρούσε ένας οδοντωτός τροχός και σε συνδυασμό φωτεινής δέσμης ενός φακού και ενός κατόπτρου μέτρησε την ταχύτητα του φωτός. Αυτή η διάταξη έλαβε και το όνομά του. Με την μέθοδο αυτή βρέθηκε η ταχύτητα του φωτός σε 315.000 km/sec.

Μέθοδος Φουκώ

Με την μέθοδο Φουκώ που λέγεται και «μέθοδος περιστρεφομένου κατόπτρου» ο Λεόν Φουκώ βρήκε την ταχύτητα του φωτός ίση προς 298.000.000 m/sec. Ενώ αντίθετα ο Μίκελσον με τον ίδιο σχεδόν τρόπο βρήκε την ταχύτητα σε 299.000.000 m/sec. Ενώ ο Φιζώ βρήκε με άλλο τρόπο τα 299.792.458 m/sec.