Cyflymder golau mewn gwactod ... ac nid yn unig

Mae gan ddiddordeb bob amser ddiddordeb mewn natur goleuni, fel y dangosir gan chwedlau, chwedlau, anghydfodau athronyddol ac arsylwadau gwyddonol sydd wedi dod i lawr i ni. Roedd y goleuni bob amser yn achlysur ar gyfer trafodaethau o athronwyr hynafol, a gwnaed ymdrechion i'w hastudio hyd yn oed ar adeg y geometreg Ewclideanidd - 300 mlynedd CC. Hyd yn oed wedyn, roedd yn hysbys am symlrwydd ysgafniadaeth goleuni, trafodwyd cydraddoldeb onglau mynychder ac adlewyrchiad, ffenomen ailgyfeirio golau, a'r rhesymau dros ddigwyddiad yr enfys. Credodd Aristotle fod cyflymder y golau yn ddidrafferth fawr, ac felly, yn dadleuol yn rhesymegol, ac nid yw mesur cyflymder golau yn destun trafodaeth. Achos nodweddiadol pan fo'r broblem yn ddyfnach na'r cyfnod o ddeall yr ateb.

Tua 900 o flynyddoedd yn ôl, awgrymodd Avicenna, ni waeth pa mor fawr oedd y cyflymder goleuni, y mae ganddo werth cyfyngedig o hyd. Nid yn unig yr oedd y farn hon, ond ni allai neb ei brofi'n arbrofol. Cynigiodd y dyfeisgar Galileo Galilei arbrawf o ddealltwriaeth fecanyddol o'r broblem: mae dau berson sy'n sefyll sawl cilomedr ar wahân yn rhoi signalau, gan agor fflap y llusern. Cyn gynted ag y bydd yr ail gyfranogwr yn gweld y golau o'r fflach-linell gyntaf, mae'n agor ei leithder ac mae'r cyfranogwr cyntaf yn atal yr amser o dderbyn y signal golau cyfatebol. Yna mae'r pellter yn cynyddu ac mae popeth yn ailadrodd. Disgwylir iddo osod y cynnydd yn yr oedi ac, ar y sail hon, i gyfrifo cyflymder goleuni. Daeth yr arbrawf i ben mewn dim, oherwydd "nid oedd popeth yn sydyn, ond yn hynod o gyflym."

Y cyntaf i fesur cyflymder y golau mewn gwactod ym 1676 gan y seryddydd Ole Remer - defnyddiodd ddarganfyddiad Galileo: darganfuodd yn 1609 bedwar lloeren Jiwper, a oedd am chwe mis yn gwahaniaethu rhwng amser rhwng dwy erthygl y lloeren a 1,320 eiliad. Gan ddefnyddio gwybodaeth seryddol ei amser, cafodd Remer gyflymder golau o 222,000 km yr eiliad. Roedd yn anhygoel bod y dull mesur ei hun yn hynod o gywir: mae'r defnydd o ddata a adnabyddir yn awr ar ddiamedr y Ddaear, Jiwper a'r cyfnod oedi o osgoi lloeren yn rhoi cyflymder golau mewn gwactod ar lefel y gwerthoedd modern a geir gan ddulliau eraill.

Ar y dechrau, dim ond un gŵyn oedd i arbrofion Remer - roedd angen gwneud mesuriadau yn ôl modd daearol. Pasiodd bron i 200 o flynyddoedd, ac adeiladodd Louis Fizeau set witty lle adlewyrchwyd pelydr o oleuni o ddrych dros bellter o fwy nag 8 km a daeth yn ôl. Y teimlad oedd ei fod yn mynd heibio ar hyd y ffordd yn ôl ac ymlaen trwy gloddiau'r criben, ac os bydd cyflymder cylchdroi'r olwyn yn cynyddu, yna daw'r foment pan fydd y golau yn dod i ben. Mae'r gweddill yn fater o dechnoleg. Canlyniad y mesuriad yw 312,000 km yr eiliad. Bellach, rydym yn gweld bod Fizeau hyd yn oed yn agosach at y gwir.

Gwnaethpwyd y cam nesaf wrth fesur cyflymder golau gan Foucault, a ddisodlodd y cogwheel gyda drych fflat. Golygai hyn leihau dimensiynau'r gosodiad a chynyddu'r cywirdeb mesur i 288,000 km yr eiliad. Dim llai pwysig oedd arbrawf Foucault, lle penderfynodd gyflymder golau yn y cyfrwng. At y diben hwn, gosodwyd pibell gyda dŵr rhwng drychau'r gosodiad. Yn yr arbrawf hwn, canfuwyd bod cyflymder y golau yn gostwng wrth iddo ymestyn yn y cyfrwng, yn dibynnu ar y mynegai gwrthgyfeirio.

Yn ail hanner y bedwaredd ganrif ar bymtheg, dyma Michelson a neilltuodd 40 mlynedd o'i fywyd i fesuriadau ym maes goleuni. Goron ei waith oedd y gosodiad ar y mesurodd gyflymder y golau mewn gwactod gan ddefnyddio bibell fetel wedi ei wacáu yn fwy na milltir o hyd. Cyflawniad sylfaenol arall i Michelson oedd y prawf o'r ffaith bod cyflymder golau mewn gwactod ar gyfer unrhyw dwnfedd yr un fath a bod safon fodern yn 299792458 +/- 1.2 m / s. Gwnaed mesuriadau o'r fath ar sail gwerthoedd mireinio'r mesurydd cyfeirio, y mae ei ddiffiniad wedi'i gymeradwyo ers 1983 fel safon ryngwladol.

Roedd y doeth Aristotle yn anghywir, ond cymerodd bron i 2000 o flynyddoedd i brofi hyn.