Як ми вимірюємо швидкість світла?

Автор: Jordin Kare, Інженер-Електрик, США

Ми не вимірюємо.

З 1983 робилися спроби і з'ясувалося, що неможливо виміряти швидкість світла; хоча швидкість світла визначається як рівно 299792458 метрів за секунду.

«Але, але», (скажете ви), «що я вимірюю, якщо, наприклад, я (якимось чином) вимірюю, скільки саме світло проходить за 1 секунду?» Відповідь у тому, що ви вимірюєте довжину метра: у 1983 році 17-а Генеральна конференція з мір і ваг змінила визначення метра (міжнародно узгодженої одиниці довжини) з фіксованої довжини на «відстань, яка світло проходить у вакуумі за 1/(299 792 458) секунд».

Отже, як ми вимірюємо довжину метра? Зазвичай шляхом вимірювання довжини хвилі λλ світла з певної спектральної лінії, що випускається збудженим атомом, де частота f світла точно відома, з використанням співвідношення λ=c/f.λ=c/f.Спектральні лінії використовуються, тому що їх можна надійно генерувати в будь-якому місці або в будь-який час і завжди мати одну і ту ж. Частоту можна виміряти різними способами, хоча найкращий поточний спосіб використовує дуже короткі лазерні імпульси для генерації точних цілих кратних відомої частоти (частотна гребінка), які простягаються від мікрохвильових частот (які ми можемо виміряти дуже точно) до частот видимого світла.

Довжина хвилі вимірюється за допомогою інтерферометрії: в основному шляхом розміщення оптики таким чином, щоб світло поділялося на два промені, які проходять два різні шляхи і знову об'єднуються. Об'єднаний промінь показуватиме «смуги» світлих та темних областей, і кожна смуга відповідає одній різниці довжин хвиль між двома шляхами. Зміряно змінюючи один шлях (наприклад, переміщуючи дзеркало на відому відстань) і підраховуючи смуги, які проходять при цій зміні, ви можете підрахувати кількість довжин хвиль на цій відомій відстані - до крихітної частки довжини хвилі, якщо ви зробите це правильно. З 1960 по 1983 метр визначався таким чином, як 1 650 763,73 довжини хвилі оранжево-червоної лінії випромінювання Криптона 86 (хорошого інертного газоподібного елемента) у вакуумі.

Тож технічно швидкість світла була фіксована за визначенням і не могла бути виміряна з 1960 року — але це було не так очевидно, як із новим визначенням метра 1983 року.

Відредаговано та додано: Мій колега Бретт Бакленд правильно зазначає, що я використовував фразу «відома відстань», яка має на увазі, що я вже маю стандарт довжини, коли я проводжу інтерферометричний вимір довжини хвилі. Так було до 1960 року, але якщо бути точним, то зараз мені варто було б сказати «фіксовану відстань» або щось таке; відстань стає відомим тільки після того, як ви виміряли, скільки довжин хвиль воно дорівнює.

Магазин Gtest(R) - постачальник контрольно-вимірювального обладнання від OWON, Siglent Technologies, Benetech, MATRIX, Tmeasurements, CEM Instruments, Uni-Trend, MASTECH, NOYAFA

Посилання на Розділ СТАТТІ: https://gtest.com.ua/stati