Cercando di misurare la velocità della luce

Teoria dell'elettromagnetismo di James Clerk Maxwell ci dice che la luce è un'onda elettromagnetica che viaggia a 300.000 chilometri al secondo (KPS). Equazioni di Maxwell ci dicono che cambiano i campi elettrici e magnetici creano e sostengono l'un l'altro, anche nelle regioni in cui non ci sono cariche elettriche per accelerare o magneti per muoversi. Maxwell ha mostrato come questi due campi, intrecciate in una danza, creare il proprio spettacolo di luci. I campi distribuite nello spazio come luce o qualsiasi altra onda elettromagnetica.

Ma prima di Maxwell, altri scienziati hanno fatto i loro tentativi di identificare la natura della luce e per calcolare la sua velocità.

Galileo: lanterne appese

Quanto velocemente fa viaggiare la luce nello spazio? Il valore moderno per la velocità della luce è di 300.000 KPS (186.000 mps). In realtà, è 299,792.458 KPS, ma questo è un numero difficile da ricordare. La circonferenza della terra è circa 40.000 km (25.000 miglia), quindi ci vorrebbe un po 'di luce più di un decimo di secondo per viaggiare in tutto il mondo.

Con strumenti moderni, il estremamente grande valore della velocità della luce può essere misurata. Ma come qualcuno ha misurarla prima tali strumenti sono stati creati?

Galileo fu la prima persona che ha cercato. Aveva due persone stare su colline lontane lanterne lampeggianti. Chiaramente, l'esperimento di Galileo non ha funzionato - non riusciva nemmeno misurare secondi con precisione, tanto meno la piccola frazione di secondo che ci sono voluti per la luce a viaggiare tra le due colline.

Ma Galileo fu Galileo, e con il suo approccio grezzo per questo esperimento molto difficile, era ancora in grado di dimostrare che la velocità della luce è finita. Il suo contemporaneo, filosofo francese René Descartes, aveva detto che era infinito.

Roemer: Timing un satellite

Circa 70 anni dopo l'esperimento di Galileo, il giovane astronomo danese Olaus Roemer è stato in grado di ottenere il primo valore della velocità della luce. Ma doveva andare più lontano di una collina distante per farlo. Ha usato i satelliti di Giove, invece. E ha anche dovuto combattere con il suo capo - il famoso astronomo Jean-Dominique Cassini, per i quali gli anelli di Saturno sono ora chiamati.

Affrontare un'incoerenza

Roemer è stato un brillante di 21 anni che è stato assunto da uno degli assistenti di Cassini per aiutare presso l'Osservatorio di Parigi, che è stato guidato da Cassini. Ma Roemer non solo aiutare; ha affrontato uno dei maggiori problemi del osservatorio.

Le osservazioni di Cassini mostravano un problema con la moto di uno dei satelliti di Giove, quella denominata Io (dopo una delle tante amanti di Zeus, che è chiamato Giove nella mitologia romana). Sembrava che l'orbita di Io era un po 'imprevedibile. I tempi in cui il satellite è venuto fuori da dietro il pianeta cambiato inspiegabilmente. Cassini ordinò ai suoi assistenti di fare osservazioni migliori e di fare più calcoli.

Roemer dubitava che le osservazioni oi calcoli erano il problema. Il problema era che nessuno aveva preso in considerazione la distanza relativa della Terra e di Giove, come i due pianeti sono andati intorno al sole. In luoghi diversi nelle loro orbite, i pianeti sono a volte più vicini ea volte più distanti. Quando Io esce da dietro Jupiter, la distanza che la luce dal satellite alla Terra dipende dalla separazione dei pianeti in quel momento.

Cassini non era d'accordo con il suo assistente. Egli credeva che la luce ha viaggiato da un luogo all'altro istantaneamente, senza ritardi. Non importava quanto Giove era.

Roemer bloccato con la sua idea. Tornò e rivisto molti anni la pena di dati presi in osservatorio di Cassini. Con questi dati, è stato in grado di calcolare le variazioni dei tempi eclisse per Io come andava in giro nella sua orbita. Era sicuro che aveva ragione e voleva andare pubblico.

Andando in giro per il boss

Cosa fare? Normalmente, il direttore del laboratorio renderebbe la presentazione pubblica di nuove scoperte, insieme con il ricercatore che ha fatto la scoperta. Ma Cassini non era d'accordo con il lavoro di Roemer, così Roemer ha deciso di andare da solo. Era stato in osservatorio di Cassini per cinque anni e si sentiva arrogante. È comparso davanti all'Accademia delle Scienze di Parigi e ha annunciato che Io stava per venire fuori da dietro Giove esattamente dieci minuti dopo Cassini ha detto che avrebbe.

Cassini aveva calcolato che Io stava per venire fuori dell'eclisse il 9 novembre 1676, alle 05:25:45. Gli astronomi sono andati a cercare quella notte. 05:25:45 andavano e venivano, e Io non c'era. Alle 5:30, c'erano ancora segni di esso. Ma a 5:35:45, Io riapparve. Roemer aveva ragione.

Amico di Roemer Christian Huygens utilizzato questi dati per trovare il primo valore misurato per la velocità della luce. Il suo numero è stato 227,000 km (140.000 miglia) al secondo, che è circa il 24 per cento inferiore rispetto al valore moderno.

Cassini mai ammesso il suo errore. La maggior parte degli astronomi europei hanno seguito Cassini e non credevano che la velocità della luce era finita. Circa 50 anni dopo, altri metodi per misurare la velocità della luce hanno mostrato che Roemer era stato corretto.

Con il tempo Einstein era a scuola, la velocità della luce era stata misurata con discreta precisione. Questa velocità, rappresentata nel lavoro di Einstein con la lettera c, finì alla base stessa della sua teoria della relatività speciale.