Горизонты техники для детей, 1972 №11

Как Арман Физо измерил скорость света

В начале XX века один из крупнейших современных физиков Альберт Эйнштейн доказал, что всё в природе, в окружающем нас мире относительно, изменчиво. В зависимости от различных факторов изменяются пространства и массы тел, их размеры и скорости. Даже время, считаемое до 1905 года абсолютной, независимой величиной, тоже оказалось относительным.

Время в запущенной с Земли ракете, летящей с огромной скоростью, течёт медленнее, чем на Земле. Например, если бы ракета двигалась со скоростью 260 тыс. км/час, время в ней шло бы в два раза медленнее, чем на нашей планете, т. е. за один и тот же срок земляне постарели бы на два года, а космонавты в ракете — только на год.

Теоретически можно подсчитать, что при ещё большей скорости космического корабля, в течение нескольких часов пребывания в нём, на Земле прошло бы несколько веков или даже тысячелетий. Однако это возможно лишь при скоростях, близких к скорости света, что пока нереально. Ведь скорость огромна — 300 тыс. км/сек!

Открытия относительности времени и предельной скорости распространения света по праву относят к самым крупным в истории человечества.

Наверное, вам интересно будет узнать, как впервые удалось на Земле измерить эту гигантскую скорость?

Ниже мы расскажем об этом.

* * *

Физо ещё раз наклонился над исписанным листом бумаги. Хотя расчёты очень просты, он предпочитал ещё раз проверить их. В такой ситуации, в момент ожидания результата опыта, мог ошибиться даже он, опытный физик, для которого математика была послушным инструментом в ежедневной работе.

И всё-таки нет никакой ошибки. Физо отложил перо и задумался над результатом. Скорость свыше 300 тыс. км/сек поразила физика. Подумать только, свет преодолевает расстояние, какое отделяет Луну от Земли, за секунду с небольшим! Спустя некоторое время удивление уступило место радости и удовлетворению, какое доставило учёному его открытие. Ведь до сих пор никому не удалось измерить скорость света в земных условиях. Правда, астрономы уже давно обнаружили, что свет распространяется с конечной, огромной скоростью.

Они даже подсчитали её. Но Физо первому удалось разработать простой метод измерения, которым можно пользоваться, не ожидая благоприятных условий, необходимых для астрономических наблюдений. Метод Физо можно повторять несколько раз и почти сразу же получать результаты измерения.

Для своего опыта Физо пользовался довольно простой аппаратурой. Лучи света от сильной лампы направлялись через линзу в измерительное устройство, где система линз собирала их и направляла на большое зубчатое колесо. Луч света проходил через промежуток между зубьями колеса, отражался от зеркала, расположенного на расстоянии 8 км, снова проходил между зубьями и попадал в глаз наблюдателя.

Приступая к измерению, Физо приводил колесо во вращение и постепенно увеличивал число его оборотов. При определенной скорости вращения наступало интересное явление: луч света, пройдя между зубьями колеса и отразившись от зеркала, попадал не в промежуток между зубьями, а на зуб, который успел повернуться на место предыдущего промежутка. При таком положении колеса луч становился невидимым.

У колеса, использованного Физо в опыте, было 720 зубьев (разумеется, промежутков между ними было столько же). Луч света не попадал в глаз наблюдателя при скорости колеса, равной 12 оборотам в секунду. Следовательно, время, которое нужно, чтобы центр зуба занял положение центральной части промежутка — между зубьями, составляло

1/(12∙720∙2) сек

Закруглив результат, получаем

1/17000 сек

Измерительные станции находились на расстоянии 8633 м. Луч света за 1 сек. преодолевал это расстояние два раза, т. е. проходил путь, равный 17 266 м. Зная путь и время, французский физик рассчитал скорость света, которая оказалась близкой к 300 тыс. км/сек.

Аппаратуру для опыта Физо сам спроектировал, а установил её на башнях средневековых замков, каких много сохранилось во Франции. Описанный опыт Физо произвёл в 1849 году. Через год другой французский физик Леон Фуко разработал метод, позволяющий измерять скорость света на очень коротком пути, например, в небольшой лаборатории. Поскольку этот метод оказался более точным и удобным, ученые предпочитали пользоваться им, а оригинальный опыт Физо вошёл в историю открытий. За заслуги в области физики и, прежде — всего, за первое опытное измерение скорости распространения света на Земле Парижская академия наук признала Физо высокую денежную премию — 10 000 франков.

Наиболее точные результаты непосредственного измерения скорости света в воздухе получил в 1926 году американский физик Альберт Майкельсон. Своим опытом он доказал, что вращение Земли вокруг Солнца не влияет на результаты измерений, т. е. скорость света является постоянной величиной.

Согласно последним исследованиям, скорость распространения света в вакууме составляет 299792,8 км/сек.

ЕЖИ ВЕЖБОВСКИ