Ταχύτητα του φωτός: Doodle για τα 340 χρόνια από τη μέτρηση Roemer

Doodle από το  Google σήμερα, για να τιμήσει τα 340 χρόνια από τον πρώτο καθορισμό της ταχύτητας του φωτός . O πρώτος που λέγεται ότι...

Doodle από το  Google σήμερα, για να τιμήσει τα 340 χρόνια από τον πρώτο καθορισμό της ταχύτητας του φωτός.
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 1676 έγινε για πρώτη φορά ο καθορισμός 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.

Ο πρώτος καθορισμός της ταχύτητας του φωτός

Ο Roemer 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