Işık hızı nasıl ölçülür?
Işık hızı nasıl ölçülür On yedinci yüzyıldan önce, ışığın anında iletildiği genel olarak düşünülüyordu. Bu, eğer c sonlu olsaydı beklenecek olan, Ay tutulması sırasında Dünya'nın gölgesinin Ay üzerindeki konumunda fark edilebilir bir gecikme olmaması gözlemiyle destekleniyordu. Günümüzde, ışığın gecikmenin fark edilemeyecek kadar hızlı hareket ettiğini biliyoruz. Galileo, ışığın hızının sonsuz olduğundan şüphe duydu ve birkaç mil arayla yerleştirilmiş fenerleri elle örtüp açarak bu hızı ölçmek için bir deney tasarladı. Deneyi gerçekten yapıp yapmadığını bilmiyoruz, ancak yine de c, böyle bir yöntemin uzaktan bile doğru bir cevap vermesi için çok yüksek.
c'nin ilk başarılı ölçümü 1676'da Olaus Roemer tarafından yapılmıştır. Roemer, Dünya-Güneş-Jüpiter geometrisine bağlı olarak, Jüpiter'in uydularının tutulmalarının tahmin edilen zamanları ile bu tutulmaların gözlemlendiği gerçek zamanlar arasında 1000 saniyeye kadar bir fark olabileceğini fark etti. Bunun, iki gezegen arasındaki mesafenin değişmesiyle ışığın Jüpiter'den Dünya'ya ulaşması için geçen sürenin değişmesinden kaynaklandığını doğru bir şekilde tahmin etti. 214.000 km/s'ye eşdeğer bir c değeri elde etti ; bu değer, o zamanlar gezegenler arası mesafeler tam olarak bilinmediği için oldukça yaklaşık bir değerdi.
1728'de James Bradley, Dünya'nın Güneş etrafındaki hareketinden kaynaklanan yıldızların görünür yer değiştirmesi olan yıldız sapmasını gözlemleyerek başka bir tahmin yaptı. Ejderha takımyıldızındaki bir yıldızı gözlemledi ve görünür konumunun yıl boyunca değiştiğini buldu. Tüm yıldız konumları bu şekilde eşit derecede etkilenir. (Bu, yıldız sapmasını, yakın yıldızlar için uzak yıldızlara göre daha büyük olan paralakstan ayırır.) Sapmayı anlamak için, koşarken üzerinizden geçen yağmurun açısına hareketinizin etkisini hayal etmek yararlı bir benzetmedir. Rüzgar yokken yağmurda hareketsiz durursanız, yağmur dikey olarak başınıza düşer. Yağmurda koşarsanız, yağmur size bir açıyla gelir ve önünüze çarpar. Bradley, yıldız ışığı için bu açıyı ölçtü ve Dünya'nın Güneş etrafındaki hızını bilerek, ışık hızının 301.000 km/s değerini buldu. Işık hızı nasıl ölçülür
Gökyüzünden yararlanmayan ilk c ölçümü, 1849'da Armand Fizeau tarafından yapıldı. 8 km uzaklıktaki bir aynadan yansıyan bir ışık demeti kullandı. Işık demeti, hızla dönen bir tekerleğin dişlerine yönlendirildi. Tekerleğin hızı, ışığın iki yönlü geçişinin tekerleğin çevresinin bir diş kadar hareketine denk gelecek şekilde artırıldı. Bu, c için 315.000 km/s'lik bir değer verdi. Leon Foucault, bir yıl sonra dönen aynalar kullanarak bu sonucu geliştirdi ve çok daha doğru bir değer olan 298.000 km/s'yi elde etti. Tekniği, ışığın suda havadan daha yavaş hareket ettiğini doğrulamak için yeterliydi.
Maxwell'in elektromanyetizma teorisini yayınlamasının ardından, ışık hızını dolaylı olarak, boş uzayın manyetik geçirgenliğini ve elektriksel dielektrik sabitini ölçerek hesaplamak mümkün hale geldi. Bu, ilk olarak 1857'de Weber ve Kohlrausch tarafından yapıldı. 1907'de Rosa ve Dorsey bu yöntemle 299.788 km/s değerini elde ettiler. Bu, o zamanlar için en doğru değerdi. Işık hızı nasıl ölçülür.
 |
| Işık Hızı Nasıl Ölçülür |
Daha sonra, c ölçümünün doğruluğunu daha da artırmak için birçok başka yöntem kullanıldı ; bu nedenle, c vakumdaki ışık hızı olduğundan, havanın kırılma indisi için düzeltme yapılması kısa sürede gerekli hale geldi. 1958'de Froome, mikrodalga interferometresi ve Kerr hücresi deklanşörü kullanarak 299.792,5 km/s değerini elde etti. 1970'ten sonra, çok yüksek spektral kararlılığa sahip lazerlerin ve hassas sezyum saatlerinin geliştirilmesi, daha da iyi ölçümler yapılmasını mümkün kıldı. O zamana kadar, metrenin değişen tanımı, ışık hızının ölçümlerindeki doğruluğun her zaman önünde kalmıştı. Ancak 1970'e gelindiğinde, ışık hızının artı veya eksi 1 m/s hata payıyla bilindiği noktaya ulaşılmıştı. Metrenin tanımında c değerini sabitlemek ve bunun yerine hassas mesafeleri ölçmek için atom saatleri ve lazerler kullanmak daha pratik hale geldi. Günümüzde, vakumdaki ışık hızı, standart birimlerde verildiğinde kesin ve sabit bir değere sahip olarak tanımlanmaktadır. 1983'ten beri metre, uluslararası anlaşmayla ışığın vakumda 1/299.792.458 saniyelik bir zaman aralığında kat ettiği mesafe olarak tanımlanmıştır. Bu da ışık hızını tam olarak 299.792,458 km/s yapar. (Ayrıca, inç artık 2,54 santimetre olarak tanımlandığı için, ışık hızının İngiliz ölçü birimlerinde de kesin bir değeri vardır.) Bu tanım, vakumdaki ışık hızının tüm gözlemciler tarafından aynı değerde ölçüldüğü gerçeğinden dolayı anlamlıdır; bu gerçek deneysel olarak doğrulanmaya tabidir (bkz. görelilik SSS makalesi " Işık hızı sabit midir? "). Hava ve su gibi ortamlarda ışık hızını ölçmek için hala deneylere ihtiyaç duyulmaktadır.
Bu tablo, Froome ve Essen'e göre en iyi ölçümlerden bazılarını vermektedir:
| Tarih | Yazar | Yöntem | Sonuç (km/s) | Hata |
|---|---|---|---|---|
| 1676 | Olaus Roemer | Jüpiter'in uyduları | 214.000 | |
| 1726 | James Bradley | Yıldız Sapması | 301.000 | |
| 1849 | Armand Fizeau | Dişli Çark | 315.000 | |
| 1862 | Leon Foucault | Dönen Ayna | 298.000 | +-500 |
| 1879 | Albert Michelson | Dönen Ayna | 299.910 | +-50 |
| 1907 | Rosa, Dorsay | Elektromanyetik sabitler | 299.788 | +-30 |
| 1926 | Albert Michelson | Dönen Ayna | 299.796 | +-4 |
| 1947 | Essen, Gordon-Smith | Boşluk Rezonatörü | 299.792 | +-3 |
| 1958 | KD Froome | Radyo İnterferometresi | 299.792,5 | +-0.1 |
| 1972 | Evenson ve ark. | Lazerler | 299.792.4574 | +-0.001 |
| 1983 | Benimsenen Değer | 299.792.458 |
Bilgi kaynakları:
Yirminci Yüzyıl Fiziği , Cilt 2, IOP/AIP Yayınları.
Işık ve Radyo Dalgalarının Hızı , Froome ve Essen.
Yorumlar
Yorum Gönder