प्रकाश की गति कैसे मापी गई और इसका वास्तविक मान क्या है? प्रकाश की गति पहली बार कब मापी गई थी? कौन सा वैज्ञानिक प्रकाश की गति को मापने में कामयाब रहा?

इस तथ्य के बावजूद कि सामान्य जीवन में हमें प्रकाश की गति की गणना नहीं करनी पड़ती है, कई लोगों की बचपन से ही इस मात्रा में रुचि रही है।

आंधी के दौरान बिजली चमकते हुए देखकर, शायद हर बच्चा यह समझने की कोशिश कर रहा था कि इसकी चमक और गड़गड़ाहट के बीच देरी का कारण क्या है। जाहिर है, प्रकाश और ध्वनि की गति अलग-अलग होती है। ऐसा क्यों हो रहा है? प्रकाश की गति क्या है और इसे कैसे मापा जा सकता है?

विज्ञान में, प्रकाश की गति वह गति है जिस पर किरणें हवा या निर्वात में चलती हैं। प्रकाश विद्युत चुम्बकीय विकिरण है जिसे मानव आँख महसूस करती है। वह किसी भी वातावरण में चलने में सक्षम है, जिसका सीधा असर उसकी गति पर पड़ता है।

इस मात्रा को मापने का प्रयास प्राचीन काल से ही किया जाता रहा है। प्राचीन काल के वैज्ञानिकों का मानना ​​था कि प्रकाश की गति अनंत है। 16वीं-17वीं शताब्दी के भौतिकविदों द्वारा भी यही राय व्यक्त की गई थी, हालांकि तब भी रॉबर्ट हुक और गैलीलियो गैलीली जैसे कुछ शोधकर्ताओं ने परिमितता मान ली थी।

प्रकाश की गति के अध्ययन में एक बड़ी सफलता डेनिश खगोलशास्त्री ओलाफ रोमर की बदौलत मिली, जो शुरुआती गणनाओं की तुलना में बृहस्पति के चंद्रमा आयो के ग्रहण में देरी की ओर ध्यान आकर्षित करने वाले पहले व्यक्ति थे।

तब वैज्ञानिक ने अनुमानित गति मान 220 हजार मीटर प्रति सेकंड निर्धारित किया। ब्रिटिश खगोलशास्त्री जेम्स ब्रैडली इस मान की अधिक सटीक गणना करने में सक्षम थे, हालाँकि उनकी गणना में थोड़ी गलती हुई थी।


इसके बाद विभिन्न देशों के वैज्ञानिकों द्वारा प्रकाश की वास्तविक गति की गणना करने का प्रयास किया गया। हालाँकि, 1970 के दशक की शुरुआत में, लेजर और मैसर्स के आगमन के साथ, जिनकी विकिरण आवृत्ति स्थिर थी, शोधकर्ता सटीक गणना करने में सक्षम थे, और 1983 में सापेक्ष त्रुटि के लिए सहसंबंध के साथ आधुनिक मूल्य को इस रूप में लिया गया था एक आधार.

आपके अपने शब्दों में प्रकाश की गति क्या है?

सरल शब्दों में, प्रकाश की गति वह समय है जो सूर्य की किरण को एक निश्चित दूरी तय करने में लगता है। समय की इकाई के रूप में सेकंड और दूरी की इकाई के रूप में मीटर का उपयोग करने की प्रथा है। भौतिकी के दृष्टिकोण से, प्रकाश एक अनोखी घटना है जिसकी एक विशिष्ट वातावरण में निरंतर गति होती है।

मान लीजिए कि एक व्यक्ति 25 किमी/घंटा की गति से दौड़ रहा है और 26 किमी/घंटा की गति से चल रही कार को पकड़ने की कोशिश कर रहा है। यह पता चला कि कार धावक की तुलना में 1 किमी/घंटा तेज चलती है। प्रकाश के साथ सब कुछ अलग है। कार और व्यक्ति की गति की परवाह किए बिना, किरण हमेशा उनके सापेक्ष एक स्थिर गति से चलेगी।

प्रकाश की गति काफी हद तक उस पदार्थ पर निर्भर करती है जिसमें किरणें फैलती हैं। निर्वात में इसका एक स्थिर मूल्य होता है, लेकिन पारदर्शी वातावरण में इसके अलग-अलग संकेतक हो सकते हैं।

हवा या पानी में इसका मान हमेशा निर्वात की तुलना में कम होता है। उदाहरण के लिए, नदियों और महासागरों में प्रकाश की गति अंतरिक्ष में गति की लगभग ¾ है, और 1 वायुमंडल के दबाव पर हवा में यह निर्वात की तुलना में 2% कम है।


इस घटना को पारदर्शी अंतरिक्ष में किरणों के अवशोषण और आवेशित कणों द्वारा उनके पुनः उत्सर्जन द्वारा समझाया गया है। प्रभाव को अपवर्तन कहा जाता है और दूरबीन, दूरबीन और अन्य ऑप्टिकल उपकरणों के निर्माण में सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है।

यदि हम विशिष्ट पदार्थों पर विचार करें, तो आसुत जल में प्रकाश की गति 226 हजार किलोमीटर प्रति सेकंड है, ऑप्टिकल ग्लास में - लगभग 196 हजार किलोमीटर प्रति सेकंड।

निर्वात में प्रकाश की गति कितनी होती है?

निर्वात में प्रति सेकंड प्रकाश की गति का स्थिर मान 299,792,458 मीटर यानी 299 हजार किलोमीटर से थोड़ा अधिक होता है। आधुनिक दृष्टि से यह परम है। दूसरे शब्दों में, कोई भी कण, कोई भी खगोलीय पिंड उस गति तक पहुँचने में सक्षम नहीं है जिस गति से बाहरी अंतरिक्ष में प्रकाश विकसित होता है।

यदि हम यह मान भी लें कि सुपरमैन प्रकट होगा और तीव्र गति से उड़ेगा, तब भी किरण उससे अधिक गति से दूर भागेगी।

यद्यपि प्रकाश की गति निर्वात अंतरिक्ष में प्राप्त होने वाली अधिकतम गति है, लेकिन ऐसा माना जाता है कि ऐसी वस्तुएं भी हैं जो तेजी से चलती हैं।

उदाहरण के लिए, सूर्य की किरणें, छाया, या तरंगों में दोलन के चरण इसके लिए सक्षम हैं, लेकिन एक चेतावनी के साथ - भले ही वे सुपरस्पीड विकसित करते हैं, ऊर्जा और जानकारी एक ऐसी दिशा में प्रसारित की जाएगी जो उनके आंदोलन की दिशा से मेल नहीं खाती है।


जहाँ तक पारदर्शी माध्यम की बात है, पृथ्वी पर ऐसी वस्तुएँ हैं जो प्रकाश से भी तेज़ गति से चलने में सक्षम हैं। उदाहरण के लिए, यदि कांच से गुजरने वाली किरण अपनी गति धीमी कर देती है, तो इलेक्ट्रॉनों की गति की गति सीमित नहीं होती है, इसलिए कांच की सतहों से गुजरते समय वे प्रकाश की तुलना में तेजी से आगे बढ़ सकते हैं।

इस घटना को वाविलोव-चेरेनकोव प्रभाव कहा जाता है और यह अक्सर परमाणु रिएक्टरों या महासागरों की गहराई में देखा जाता है।

निर्वात में प्रकाश की गति "ठीक 299,792,458 मीटर प्रति सेकंड है।" आज हम इस आंकड़े को सटीक रूप से नाम दे सकते हैं क्योंकि निर्वात में प्रकाश की गति एक सार्वभौमिक स्थिरांक है, जिसे लेजर का उपयोग करके मापा गया था।

जब किसी प्रयोग में इस उपकरण का उपयोग करने की बात आती है, तो परिणामों के साथ बहस करना कठिन होता है। प्रकाश की गति को ऐसे पूर्णांक संख्या में क्यों मापा जाता है, यह आश्चर्य की बात नहीं है: एक मीटर की लंबाई निम्नलिखित स्थिरांक का उपयोग करके निर्धारित की जाती है: "1 के समय अंतराल में निर्वात में प्रकाश द्वारा तय किए गए पथ की लंबाई" /299,792,458 सेकंड का।”

कुछ सौ साल पहले यह निर्णय लिया गया था, या कम से कम यह मान लिया गया था कि प्रकाश की गति की कोई सीमा नहीं है, जबकि वास्तव में यह बहुत अधिक है। यदि उत्तर यह निर्धारित करता है कि क्या वह जस्टिन बीबर की प्रेमिका बनेगी, तो एक आधुनिक किशोरी इस प्रश्न का उत्तर यह देगी: "प्रकाश की गति ब्रह्मांड की सबसे तेज़ चीज़ की तुलना में थोड़ी धीमी है।"

प्रकाश की गति की अनंतता के प्रश्न को संबोधित करने वाले पहले व्यक्ति पाँचवीं शताब्दी ईसा पूर्व में दार्शनिक एम्पेडोकल्स थे। एक और शताब्दी के बाद, अरस्तू एम्पेडोकल्स के बयान से असहमत हो गया, और यह विवाद 2,000 से अधिक वर्षों तक जारी रहेगा।

डच वैज्ञानिक इस्साक बैकमैन पहले ज्ञात वैज्ञानिक थे जिन्होंने 1629 में यह परीक्षण करने के लिए एक वास्तविक प्रयोग किया था कि प्रकाश की कोई गति है या नहीं। लेज़र के आविष्कार से एक सदी दूर रहते हुए, बैकमैन ने महसूस किया कि प्रयोग का आधार किसी भी मूल का विस्फोट होना चाहिए, इसलिए अपने प्रयोगों में उन्होंने विस्फोट करने वाले बारूद का उपयोग किया।

बैकमैन ने विस्फोट से अलग-अलग दूरी पर दर्पण लगाए और बाद में देखने वाले लोगों से पूछा कि क्या उन्हें प्रत्येक दर्पण में प्रतिबिंबित प्रकाश की चमक की धारणा में अंतर दिखाई देता है। जैसा कि आप अनुमान लगा सकते हैं, प्रयोग "अनिर्णायक" था। एक समान, अधिक प्रसिद्ध प्रयोग, लेकिन किसी विस्फोट के उपयोग के बिना, केवल एक दशक बाद, 1638 में, गैलीलियो गैलीली द्वारा किया गया या कम से कम आविष्कार किया गया हो सकता है। बैकमैन की तरह गैलीलियो को संदेह था कि प्रकाश की गति अनंत नहीं थी, और अपने कुछ कार्यों में उन्होंने प्रयोग जारी रखने का संदर्भ दिया, लेकिन फ्लैशलाइट की भागीदारी के साथ। अपने प्रयोग में (यदि उन्होंने कभी ऐसा किया हो!) उन्होंने एक मील की दूरी पर दो बत्तियाँ लगाईं और यह देखने की कोशिश की कि क्या कोई देरी हुई है। प्रयोग का नतीजा भी अनिर्णायक रहा. गैलीलियो केवल यही सुझाव दे सकते थे कि यदि प्रकाश अनंत नहीं है, तो यह बहुत तेज़ है, और इतने छोटे पैमाने पर किए गए प्रयोग विफल हो जाएंगे।

यह तब तक जारी रहा जब तक डेनिश खगोलशास्त्री ओलाफ रोमर ने प्रकाश की गति के साथ गंभीर प्रयोग शुरू नहीं किए। रोमर के प्रयोगों की तुलना में गैलीलियो के लालटेन पहाड़ी प्रयोग एक हाई स्कूल विज्ञान परियोजना की तरह दिखते थे। उन्होंने निश्चय किया कि प्रयोग बाहरी अंतरिक्ष में किया जाना चाहिए। इस प्रकार, उन्होंने अपना ध्यान ग्रहों के अवलोकन पर केंद्रित किया और 22 अगस्त, 1676 को अपने अभिनव विचार प्रस्तुत किये।

विशेष रूप से, बृहस्पति के चंद्रमाओं में से एक का अध्ययन करते समय, रोमर ने देखा कि ग्रहणों के बीच का समय पूरे वर्ष बदलता रहता है (यह इस बात पर निर्भर करता है कि बृहस्पति पृथ्वी की ओर बढ़ रहा है या दूर)। इसमें रुचि रखते हुए, रोमर ने उन समयों पर सावधानीपूर्वक ध्यान दिया जब वह चंद्रमा का अवलोकन कर रहा था, आईओ, दृश्य में आया, और तुलना की कि उन समयों की तुलना उन समयों से कैसे की जाती है जब यह सामान्य रूप से अपेक्षित होता है। कुछ समय बाद, रोमर ने देखा कि जैसे-जैसे पृथ्वी सूर्य की परिक्रमा करते हुए बृहस्पति से दूर होती गई, वैसे-वैसे जिस समय आयो दृश्य में आएगा वह पहले रिकॉर्ड में दर्ज समय से पीछे हो जाएगा। रोमर ने (सही ढंग से) सिद्धांत दिया कि ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रकाश को पृथ्वी से बृहस्पति तक की दूरी तय करने में अधिक समय लगता है क्योंकि दूरी स्वयं बढ़ती है।

दुर्भाग्य से, उनकी गणना 1728 की कोपेनहेगन आग में खो गई थी, लेकिन हमें उनके समकालीनों की कहानियों के साथ-साथ अन्य वैज्ञानिकों की रिपोर्टों से उनकी खोज के बारे में बड़ी मात्रा में जानकारी मिली है, जिन्होंने अपने कार्यों में रोमर की गणनाओं का उपयोग किया था। उनका सार यह है कि पृथ्वी के व्यास और बृहस्पति की कक्षा से संबंधित कई गणनाओं के माध्यम से, रोमर यह निष्कर्ष निकालने में सक्षम थे कि सूर्य के चारों ओर पृथ्वी की कक्षा के व्यास के बराबर दूरी तय करने में प्रकाश को लगभग 22 मिनट लगेंगे। क्रिस्टियान ह्यूजेंस ने बाद में इन गणनाओं को अधिक समझने योग्य आंकड़ों में परिवर्तित कर दिया, जिससे पता चला कि रोमर का अनुमान है कि प्रकाश लगभग 220,000 किलोमीटर प्रति सेकंड की यात्रा करता है। यह आंकड़ा अभी भी आधुनिक डेटा से बहुत अलग है, लेकिन हम जल्द ही उन पर लौटेंगे।

जब रोमर के विश्वविद्यालय के सहयोगियों ने उनके सिद्धांत के बारे में चिंता व्यक्त की, तो उन्होंने शांति से उन्हें बताया कि 9 नवंबर, 1676 का ग्रहण 10 मिनट बाद होगा। जब ऐसा हुआ, तो संदेह करने वाले आश्चर्यचकित रह गए, क्योंकि आकाशीय पिंड ने उनके सिद्धांत की पुष्टि की।

रोमर के सहकर्मी उनकी गणनाओं से बेहद चकित थे, क्योंकि आज भी प्रकाश की गति का उनका अनुमान आश्चर्यजनक रूप से सटीक माना जाता है, यह देखते हुए कि यह लेजर और इंटरनेट के आविष्कार से 300 साल पहले बनाया गया था। हालाँकि 80,000 किलोमीटर बहुत धीमी है, उस समय विज्ञान और प्रौद्योगिकी की स्थिति को ध्यान में रखते हुए, परिणाम वास्तव में प्रभावशाली है। इसके अलावा, रोमर केवल अपने अनुमानों पर भरोसा करते थे।

इससे भी अधिक आश्चर्य की बात यह है कि बहुत कम गति का कारण रोमर की गणना में नहीं था, बल्कि इस तथ्य में था कि जिस समय उन्होंने अपनी गणना की थी, उस समय पृथ्वी और बृहस्पति की कक्षाओं पर कोई सटीक डेटा नहीं था। इसका मतलब यह है कि वैज्ञानिक ने केवल इसलिए गलती की क्योंकि अन्य वैज्ञानिक उसके जितने चतुर नहीं थे। इसलिए यदि आप मौजूदा आधुनिक डेटा को उनके द्वारा की गई मूल गणना में डालते हैं, तो प्रकाश की गति की गणना सही होती है।

हालाँकि गणनाएँ तकनीकी रूप से गलत थीं, और जेम्स ब्रैडली ने 1729 में प्रकाश की गति की अधिक सटीक परिभाषा पाई, रोमर इतिहास में पहले व्यक्ति के रूप में यह साबित करने के लिए गए कि प्रकाश की गति निर्धारित की जा सकती है। उन्होंने पृथ्वी से लगभग 780 मिलियन किलोमीटर की दूरी पर स्थित एक विशाल गैसीय गेंद की गति को देखकर ऐसा किया।

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प्रकाश की गति और इसे निर्धारित करने की विधियाँ

योजना

परिचय

1. प्रकाश की गति मापने की खगोलीय विधियाँ

1.1 रोमर की विधि

1.2 प्रकाश विपथन विधि

1.3 व्यवधान विधि (फ़िज़ो विधि)

1.4 घूर्णन दर्पण विधि (फौकॉल्ट विधि)

1.5 माइकलसन विधि

परिचय

प्रकाश की गति सबसे महत्वपूर्ण भौतिक स्थिरांकों में से एक है, जिसे मौलिक कहा जाता है। सैद्धांतिक और प्रायोगिक भौतिकी और संबंधित विज्ञान दोनों में इस स्थिरांक का विशेष महत्व है। प्रकाश की गति का सटीक मान रेडियो और प्रकाश स्थान में, पृथ्वी से अन्य ग्रहों की दूरी मापते समय, और उपग्रहों और अंतरिक्ष यान को नियंत्रित करते समय ज्ञात होना आवश्यक है। प्रकाश की गति का निर्धारण प्रकाशिकी के लिए, विशेष रूप से गतिमान मीडिया के प्रकाशिकी और सामान्य रूप से भौतिकी के लिए सबसे महत्वपूर्ण है। आइए प्रकाश की गति निर्धारित करने की विधियों से परिचित हों।

1. प्रकाश की गति मापने की खगोलीय विधियाँ

1.1 रोमर की विधि

प्रकाश की गति का पहला माप खगोलीय प्रेक्षणों पर आधारित था। प्रकाश की गति के लिए एक विश्वसनीय मान, इसके आधुनिक मान के करीब, पहली बार रोमर द्वारा 1676 में बृहस्पति ग्रह के उपग्रहों के ग्रहणों का अवलोकन करते समय प्राप्त किया गया था।

किसी प्रकाश संकेत को किसी खगोलीय पिंड से पृथ्वी तक आने में लगने वाला समय दूरी पर निर्भर करता है एलप्रकाशमान का स्थान. किसी खगोलीय पिंड पर होने वाली घटना को प्रकाशमान से पृथ्वी तक प्रकाश के पारित होने के समय के बराबर देरी से देखा जाता है:

कहाँ साथ- प्रकाश की गति।

यदि हम पृथ्वी से दूर किसी सिस्टम में होने वाली किसी भी आवधिक प्रक्रिया का निरीक्षण करते हैं, तो, पृथ्वी और सिस्टम के बीच निरंतर दूरी के साथ, इस देरी की उपस्थिति देखी गई प्रक्रिया की अवधि को प्रभावित नहीं करेगी। यदि अवधि के दौरान पृथ्वी सिस्टम से दूर चली जाती है या उसके पास आ जाती है, तो पहले मामले में अवधि का अंत इसकी शुरुआत की तुलना में अधिक देरी से दर्ज किया जाएगा, जिससे अवधि में स्पष्ट वृद्धि होगी। दूसरे मामले में, इसके विपरीत, अवधि का अंत इसकी शुरुआत की तुलना में कम देरी से दर्ज किया जाएगा, जिससे अवधि में स्पष्ट कमी आएगी। दोनों ही मामलों में, अवधि में स्पष्ट परिवर्तन, अवधि की शुरुआत और अंत में पृथ्वी और सिस्टम के बीच की दूरी और प्रकाश की गति के अंतर के अनुपात के बराबर है।

उपरोक्त विचार रोमर की पद्धति का आधार बनते हैं।

रोमर ने उपग्रह Io का अवलोकन किया, जिसकी कक्षीय अवधि 42 घंटे 27 मिनट 33 सेकंड है।

जब पृथ्वी अपनी कक्षा के एक भाग पर गति करती है इ 1 इ 2 इ 3 यह बृहस्पति से दूर जा रहा है और अवधि में वृद्धि देखी जानी चाहिए। क्षेत्र में घूमते समय इ 3 इ 4 इ 1 देखी गई अवधि सत्य से कम होगी। चूँकि एक अवधि में परिवर्तन छोटा होता है (लगभग 15 सेकंड), प्रभाव का पता केवल लंबी अवधि में बड़ी संख्या में किए गए अवलोकनों से ही चलता है। उदाहरण के लिए, यदि आप पृथ्वी के विरोध के क्षण से शुरू करके छह महीने तक ग्रहण देखते हैं (बिंदु)। इ 1 ) "कनेक्शन" के क्षण तक (बिंदु)। इ 3 ), तो पहले और आखिरी ग्रहण के बीच का समय अंतराल सैद्धांतिक रूप से गणना से 1320 सेकंड अधिक होगा। ग्रहण काल ​​की सैद्धांतिक गणना विपक्ष के निकट कक्षीय बिंदुओं पर की गई। जहां पृथ्वी और बृहस्पति के बीच की दूरी व्यावहारिक रूप से समय के साथ नहीं बदलती है।

परिणामी विसंगति को केवल इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि छह महीने के भीतर पृथ्वी बिंदु से हट गई इ 1 बिल्कुल इ 3 और आधे वर्ष के अंत में प्रकाश को खंड के आकार के अनुसार, शुरुआत की तुलना में अधिक पथ की यात्रा करनी पड़ती है इ 1 इ 3 , पृथ्वी की कक्षा के व्यास के बराबर। इस प्रकार, किसी विशेष अवधि के लिए अगोचर देरी जमा हो जाती है और परिणामस्वरूप देरी होती है। रोमर द्वारा निर्धारित विलंब मान 22 मिनट था। पृथ्वी की कक्षा के व्यास को किमी के बराबर लेते हुए, हम प्रकाश की गति के लिए 226,000 किमी/सेकेंड का मान प्राप्त कर सकते हैं।

रोमर के माप के आधार पर निर्धारित प्रकाश की गति आधुनिक मान से कम निकली। बाद में, ग्रहणों का अधिक सटीक अवलोकन किया गया, जिसमें विलंब का समय 16.5 मिनट निकला, जो प्रकाश की गति 301000 किमी/सेकेंड के अनुरूप है।

1.2 प्रकाश विपथन विधि

प्रकाश गति माप खगोलीय

पृथ्वी पर एक पर्यवेक्षक के लिए, तारे की दृष्टि रेखा की दिशा अलग-अलग होगी यदि यह दिशा वर्ष के अलग-अलग समय पर निर्धारित की जाती है, अर्थात, अपनी कक्षा में पृथ्वी की स्थिति के आधार पर। यदि किसी तारे की दिशा छह महीने के अंतराल पर निर्धारित की जाती है, अर्थात, जब पृथ्वी पृथ्वी की कक्षा के व्यास के विपरीत छोर पर होती है, तो परिणामी दो दिशाओं के बीच के कोण को वार्षिक लंबन कहा जाता है (चित्र 2)। तारा जितना दूर होगा, उसका लंबन कोण उतना ही छोटा होगा। विभिन्न तारों के लंबन कोणों को मापकर, हमारे ग्रह से इन तारों की दूरी निर्धारित करना संभव है।

1725-1728 में एक अंग्रेज खगोलशास्त्री ब्रैडली जेम्स ने स्थिर तारों के वार्षिक लंबन को मापा। ड्रेको तारामंडल में एक तारे का अवलोकन करते समय, उन्होंने पाया कि इसकी स्थिति पूरे वर्ष बदलती रहती है। इस दौरान उन्होंने एक छोटे वृत्त का वर्णन किया, जिसका कोणीय आयाम 40.9” के बराबर था। सामान्य स्थिति में, पृथ्वी की कक्षीय गति के परिणामस्वरूप, तारा एक दीर्घवृत्त का वर्णन करता है, जिसकी प्रमुख धुरी में समान कोणीय आयाम होते हैं। अण्डाकार तल में स्थित तारों के लिए, दीर्घवृत्त एक सीधी रेखा में बदल जाता है, और ध्रुव के पास स्थित तारों के लिए - एक वृत्त में। (क्रांतिवृत्त आकाशीय गोले का बड़ा वृत्त है जिसके साथ सूर्य की दृश्यमान वार्षिक गति होती है।)

ब्रैडली द्वारा मापी गई विस्थापन की मात्रा अपेक्षित लंबन विस्थापन से काफी अधिक थी। ब्रैडली ने इस घटना को प्रकाश का विपथन कहा और इसे प्रकाश की सीमित गति से समझाया। जिस थोड़े समय के दौरान दूरबीन के लेंस पर पड़ने वाला प्रकाश लेंस से ऐपिस तक फैलता है, पृथ्वी की कक्षीय गति के परिणामस्वरूप ऐपिस एक बहुत छोटे खंड द्वारा स्थानांतरित हो जाता है (चित्र 3)। परिणामस्वरूप, तारे की छवि एक खंड द्वारा बदल जाएगी ए. दूरबीन को फिर से तारे की ओर इंगित करते समय, इसे पृथ्वी की गति की दिशा में थोड़ा झुकाना होगा ताकि तारे की छवि फिर से ऐपिस में क्रॉसहेयर के केंद्र के साथ मेल खाए।

माना दूरबीन के झुकाव का कोण b के बराबर है। आइए हम प्रकाश को एक खंड की यात्रा करने में लगने वाले समय को निरूपित करें वी, दूरबीन लेंस से उसकी ऐपिस तक की दूरी के बराबर, एफ के बराबर है। फिर खंड, और

ब्रैडली के माप से ज्ञात हुआ कि एक ही कक्षीय व्यास पर स्थित पृथ्वी की दो स्थितियों पर तारा एक ही कोण से अपनी वास्तविक स्थिति से विस्थापित दिखाई देता है। इन अवलोकन दिशाओं के बीच का कोण, जहाँ से कक्षा में पृथ्वी की गति जानकर प्रकाश की गति ज्ञात की जा सकती है। ब्रैडली को मिला साथ= 306000 किमी/सेकेंड.

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि प्रकाश विपथन की घटना पूरे वर्ष पृथ्वी की गति की दिशा में बदलाव से जुड़ी है। इस घटना की व्याख्या प्रकाश की कणिका संबंधी अवधारणाओं पर आधारित है। तरंग सिद्धांत के दृष्टिकोण से प्रकाश विपथन पर विचार करना अधिक जटिल है और प्रकाश के प्रसार पर पृथ्वी की गति के प्रभाव के प्रश्न से जुड़ा है।

रोमर और ब्रैडली ने दिखाया कि प्रकाश की गति सीमित है, हालाँकि इसका बहुत महत्व है। प्रकाश के सिद्धांत के आगे के विकास के लिए, यह स्थापित करना महत्वपूर्ण था कि प्रकाश की गति किन मापदंडों पर निर्भर करती है और जब प्रकाश एक माध्यम से दूसरे माध्यम में गुजरता है तो यह कैसे बदलता है। ऐसा करने के लिए, स्थलीय स्रोतों से प्रकाश की गति को मापने के लिए तरीकों को विकसित करना आवश्यक था। इस तरह के प्रयोगों का पहला प्रयास 19वीं सदी की शुरुआत में किया गया था।

1.3 व्यवधान विधि (फ़िज़ो विधि)

स्थलीय स्रोतों से प्रकाश की गति निर्धारित करने की पहली प्रायोगिक विधि 1449 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी आर्मंड हिप्पोलीटे लुई फ़िज़ो द्वारा विकसित की गई थी। प्रायोगिक योजना चित्र में दिखाई गई है। .4.

किसी स्रोत से फैल रहा प्रकाश एस, एक पारभासी प्लेट से आंशिक रूप से परिलक्षित होता है आरऔर दर्पण के पास जाता है एम. बीम के पथ में एक प्रकाश ब्रेकर है - एक गियर व्हील को, जिसकी धुरी ऊ"किरण के समानांतर. प्रकाश की किरणें दांतों के बीच के अंतराल से गुजरती हैं और दर्पण द्वारा परावर्तित होती हैं एमऔर गियर और प्लेट के माध्यम से वापस भेज दिए जाते हैं आरपर्यवेक्षक को.

जब पहिया धीरे-धीरे घूमता है कोप्रकाश, दांतों के बीच के अंतराल से होकर गुजरता है, उसी अंतराल से वापस लौटता है और पर्यवेक्षक की आंख में प्रवेश करता है। उन क्षणों में जब किरणों का मार्ग एक दाँत से कट जाता है, प्रकाश प्रेक्षक तक नहीं पहुँच पाता है। इस प्रकार, कम कोणीय वेग पर, पर्यवेक्षक टिमटिमाती रोशनी का अनुभव करता है। यदि आप पहिये के घूमने की गति बढ़ा दें, तो एक निश्चित मान पर प्रकाश दांतों के बीच एक गैप से गुजरते हुए, दर्पण तक पहुँचकर वापस लौट जाता है, उसी गैप में नहीं गिरेगा डी, लेकिन एक दांत द्वारा अवरुद्ध किया जाएगा जिसने इस समय अंतराल की स्थिति ले ली है डी. नतीजतन, कोणीय वेग पर, कोई भी प्रकाश अंतराल से पर्यवेक्षक की आंख में प्रवेश नहीं करेगा डी, न ही बाद के सभी (पहला अंधकार) से। अगर हम दांतों की संख्या लें पी, तो स्लाइडर पर पहिया घुमाने का समय बराबर है

पहिये से दर्पण तक की दूरी तय करने में प्रकाश को लगने वाला समय एमऔर इसके विपरीत बराबर है

कहाँ एल- दर्पण (आधार) से पहिये की दूरी। इन दो समय अंतरालों को बराबर करने पर, हमें वह स्थिति प्राप्त होती है जिसके तहत पहला अंधेरा होता है:

आप प्रकाश की गति कहाँ निर्धारित कर सकते हैं:

प्रति सेकंड क्रांतियों की संख्या कहाँ है?

फ़िज़ौ स्थापना में, आधार 8.63 किमी था, पहिये में दांतों की संख्या 720 थी, और पहला कालापन 12.6 आरपीएस की आवृत्ति पर हुआ। यदि आप पहिये की गति को दोगुना कर देते हैं, तो दृश्य का एक उज्ज्वल क्षेत्र देखा जाएगा; घूर्णन गति को तिगुना करने पर, फिर से अंधेरा हो जाएगा, आदि। फ़िज़ौ द्वारा गणना की गई प्रकाश की गति 313300 किमी/सेकेंड है।

ऐसे मापों की मुख्य कठिनाई अंधेरा होने के क्षण को सटीक रूप से निर्धारित करना है। सटीकता बड़े आधारों और रुकावट दरों दोनों के साथ बढ़ती है जो उच्च क्रम के अस्पष्टताओं को देखने की अनुमति देती है। इस प्रकार, 1902 में पेरोटिन ने 46 किमी की आधार लंबाई के साथ माप किया और 29987050 किमी/सेकेंड की प्रकाश की गति का मान प्राप्त किया। उच्च गुणवत्ता वाले प्रकाशिकी का उपयोग करके अत्यंत स्वच्छ समुद्री हवा में काम किया गया।

घूमने वाले पहिये के बजाय, अन्य, अधिक उन्नत प्रकाश व्यवधान विधियों का उपयोग किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, एक केर सेल, जिसका उपयोग प्रकाश किरण को प्रति सेकंड 107 बार बाधित करने के लिए किया जा सकता है। ऐसे में आप आधार को काफी कम कर सकते हैं। इस प्रकार, केर सेल और फोटोइलेक्ट्रिक रिकॉर्डिंग के साथ एंडरसन के सेटअप (1941) में, आधार केवल 3 मीटर था। उन्होंने मूल्य प्राप्त किया साथ= 29977614 किमी/सेकेंड।

1.4 घूर्णन दर्पण विधि (फौकॉल्ट विधि)

फौकॉल्ट द्वारा 1862 में विकसित प्रकाश की गति निर्धारित करने की विधि को पहली प्रयोगशाला विधियों के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। इस पद्धति का उपयोग करके, फौकॉल्ट ने मीडिया में प्रकाश की गति को मापा जिसके लिए अपवर्तक सूचकांक एन>1 .

फौकॉल्ट स्थापना का आरेख चित्र में दिखाया गया है। 5.

स्रोत से प्रकाश एसएक पारभासी प्लेट से होकर गुजरता है आर, लेंस एलऔर एक सपाट दर्पण पर गिरता है एम1, जो अपनी धुरी पर घूम सकता है के बारे में, ड्राइंग विमान के लंबवत। दर्पण से प्रतिबिंब के बाद एम1 प्रकाश की किरण एक स्थिर अवतल दर्पण पर निर्देशित होती है एम 2, स्थित है ताकि यह किरण हमेशा इसकी सतह पर लंबवत पड़े और दर्पण पर उसी पथ पर प्रतिबिंबित हो एम1 . यदि दर्पण एम1 गतिहीन, तो इससे परावर्तित किरण अपने मूल पथ के साथ प्लेट पर वापस आ जाएगी आर, आंशिक रूप से प्रतिबिंबित जिससे यह स्रोत की एक छवि देगा एस बिंदु पर एस1 .

जब दर्पण घूमता है एम1 उस समय के दौरान जब प्रकाश को यात्रा करने में समय लगता है 2 एलदोनों दर्पणों के बीच और वापस लौटता है (), एक दर्पण जो कोणीय वेग से घूमता है एम1 एक कोण में बदल जाएगा

और चित्र में दिखाई गई स्थिति ले लेगा। .5 बिंदीदार रेखा. दर्पण से परावर्तित किरण मूल दर्पण के सापेक्ष एक कोण पर घूमेगी और बिंदु पर स्रोत की एक छवि देगी एस2 . दूरी नापना एस1 एस2 और स्थापना की ज्यामिति को जानकर, आप कोण निर्धारित कर सकते हैं और प्रकाश की गति की गणना कर सकते हैं:

इस प्रकार, फौकॉल्ट विधि का सार प्रकाश द्वारा दूरी तय करने में लगने वाले समय को सटीक रूप से मापना है 2 एल. इस समय का अनुमान दर्पण के घूमने के कोण से लगाया जाता है एम1 , जिसकी घूर्णन गति ज्ञात है। विस्थापन माप के आधार पर घूर्णन कोण निर्धारित किया जाता है एस1 एस2 . फौकॉल्ट के प्रयोगों में, घूर्णन गति 800 आरपीएस थी, जो आधार थी एल 4 से 20 किमी तक भिन्न। मूल्य पाया गया साथ= 298000500 किमी/सेकेंड.

फौकॉल्ट अपने इंस्टालेशन का उपयोग करके पानी में प्रकाश की गति मापने वाले पहले व्यक्ति थे। दर्पणों के बीच पानी से भरा एक पाइप रखने पर, फौकॉल्ट ने पाया कि शिफ्ट कोण * गुना बढ़ गया है, और इसलिए, ऊपर लिखे सूत्र का उपयोग करके गणना की गई पानी में प्रकाश प्रसार की गति (3/4) के बराबर निकली। साथ. तरंग सिद्धांत के सूत्रों का उपयोग करके गणना की गई पानी में प्रकाश का अपवर्तनांक बराबर निकला, जो पूरी तरह से स्नेल के नियम के अनुरूप है। इस प्रकार, इस प्रयोग के परिणामों के आधार पर, प्रकाश के तरंग सिद्धांत की वैधता की पुष्टि की गई और इसके पक्ष में डेढ़ शताब्दी का विवाद समाप्त हो गया।

1.5 माइकलसन विधि

1926 में, दो पर्वत चोटियों के बीच एक माइकलसन इंस्टालेशन बनाया गया था, ताकि एक अष्टकोणीय दर्पण प्रिज्म के पहले चेहरे से प्रतिबिंब के बाद एक स्रोत से अपनी छवि तक किरण द्वारा तय की गई दूरी, दर्पण एम 2 - एम 7और पांचवां मुख लगभग 35.4 कि.मी. का था। प्रिज्म की घूर्णन गति (लगभग 528 आरपीएस) इसलिए चुनी गई ताकि पहले पहलू से पांचवें पहलू तक प्रकाश प्रसार के समय, प्रिज्म को एक क्रांति का 1/8 घूमने का समय मिले। गलत तरीके से चयनित गति पर बन्नी के संभावित विस्थापन ने सुधार की भूमिका निभाई। इस प्रयोग में निर्धारित प्रकाश की गति 2997964 किमी/सेकेंड के बराबर निकली।

अन्य तरीकों के अलावा, हम प्रकाश की तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति को स्वतंत्र रूप से निर्धारित करके 1972 में किए गए प्रकाश की गति के माप पर ध्यान देते हैं। प्रकाश स्रोत एक हीलियम-नियॉन लेजर था जो 3.39 μm पर विकिरण उत्पन्न करता था। इस मामले में, तरंग दैर्ध्य को क्रिप्टन के नारंगी विकिरण की मानक लंबाई के साथ इंटरफेरोमेट्रिक तुलना का उपयोग करके मापा गया था, और आवृत्ति को रेडियो इंजीनियरिंग विधियों का उपयोग करके मापा गया था। प्रकाश की गति

इस विधि द्वारा निर्धारित 299792.45620.001 किमी/सेकेंड था। विधि के लेखकों का मानना ​​है कि लंबाई और समय मानकों के माप की प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता में सुधार करके प्राप्त सटीकता को बढ़ाया जा सकता है।

निष्कर्ष में, हम ध्यान दें कि प्रकाश की गति निर्धारित करते समय, समूह वेग को मापा जाता है और, जो केवल निर्वात के लिए चरण एक के साथ मेल खाता है।

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1676 में, डेनिश खगोलशास्त्री ओले रोमर ने प्रकाश की गति का पहला मोटा अनुमान लगाया। रोमर ने बृहस्पति के चंद्रमाओं के ग्रहण की अवधि में थोड़ी सी विसंगति देखी और निष्कर्ष निकाला कि पृथ्वी की गति, या तो बृहस्पति के करीब आने या दूर जाने से, चंद्रमा से परावर्तित प्रकाश की दूरी बदल गई।

इस विसंगति की भयावहता को मापकर रोमर ने गणना की कि प्रकाश की गति 219,911 किलोमीटर प्रति सेकंड है। 1849 में एक बाद के प्रयोग में, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी आर्मंड फ़िज़ो ने प्रकाश की गति 312,873 किलोमीटर प्रति सेकंड पाई।

जैसा कि ऊपर चित्र में दिखाया गया है, फ़िज़ो के प्रायोगिक सेटअप में एक प्रकाश स्रोत, एक पारभासी दर्पण शामिल था जो उस पर पड़ने वाले प्रकाश का केवल आधा हिस्सा प्रतिबिंबित करता है, जिससे बाकी को घूमने वाले गियर और एक स्थिर दर्पण से गुजरने की अनुमति मिलती है। जब प्रकाश पारभासी दर्पण से टकराता है, तो यह गियर व्हील पर प्रतिबिंबित होता है, जो प्रकाश को किरणों में विभाजित करता है। फोकसिंग लेंस की एक प्रणाली से गुजरने के बाद, प्रत्येक प्रकाश किरण एक स्थिर दर्पण से परिलक्षित होती थी और वापस गियर व्हील पर लौट आती थी। उस गति का सटीक माप करके, जिस पर गियर व्हील ने परावर्तित किरणों को अवरुद्ध किया था, फ़िज़ो प्रकाश की गति की गणना करने में सक्षम था। उनके सहयोगी जीन फौकॉल्ट ने एक साल बाद इस पद्धति में सुधार किया और पाया कि प्रकाश की गति 297,878 किलोमीटर प्रति सेकंड है। यह मान 299,792 किलोमीटर प्रति सेकंड के आधुनिक मान से थोड़ा अलग है, जिसकी गणना लेजर विकिरण की तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति को गुणा करके की जाती है।

फ़िज़ो का प्रयोग

जैसा कि ऊपर चित्रों में दिखाया गया है, जब पहिया धीरे-धीरे घूमता है तो प्रकाश आगे बढ़ता है और पहिये के दांतों के बीच उसी अंतराल से वापस लौटता है (नीचे चित्र)। यदि पहिया तेजी से घूमता है (शीर्ष चित्र), तो एक निकटवर्ती दांता लौटती हुई रोशनी को अवरुद्ध कर देता है।

फ़िज़ो के परिणाम

दर्पण को गियर से 8.64 किलोमीटर दूर रखकर, फ़िज़्यू ने निर्धारित किया कि लौटती प्रकाश किरण को अवरुद्ध करने के लिए आवश्यक गियर के घूमने की गति 12.6 चक्कर प्रति सेकंड थी। इन आंकड़ों को जानने के साथ-साथ प्रकाश द्वारा तय की गई दूरी और गियर को प्रकाश किरण को अवरुद्ध करने के लिए तय की गई दूरी (पहिया के दांतों के बीच के अंतर की चौड़ाई के बराबर) को जानने के बाद, उन्होंने गणना की कि प्रकाश किरण ने कितनी दूरी तय की है गियर से दर्पण तक की दूरी तय करने और वापस आने में 0.000055 सेकंड लगे। इस समय तक प्रकाश द्वारा तय की गई कुल 17.28 किलोमीटर की दूरी को विभाजित करने पर, फ़िज़ो को इसकी गति का मान 312873 किलोमीटर प्रति सेकंड प्राप्त हुआ।

फौकॉल्ट का प्रयोग

1850 में, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी जीन फौकॉल्ट ने गियर व्हील को घूमने वाले दर्पण से बदलकर फ़िज़ो की तकनीक में सुधार किया। स्रोत से प्रकाश प्रेक्षक तक तभी पहुँचता है जब दर्पण प्रकाश किरण के प्रस्थान और वापसी के बीच के समय अंतराल के दौरान पूर्ण 360° घूर्णन पूरा करता है। इस पद्धति का उपयोग करके, फौकॉल्ट ने प्रकाश की गति के लिए 297878 किलोमीटर प्रति सेकंड का मान प्राप्त किया।

प्रकाश की गति को मापने में अंतिम राग।

लेजर के आविष्कार ने भौतिकविदों को पहले से कहीं अधिक सटीकता के साथ प्रकाश की गति को मापने में सक्षम बनाया है। 1972 में, नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड्स एंड टेक्नोलॉजी के वैज्ञानिकों ने लेजर बीम की तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति को सावधानीपूर्वक मापा और प्रकाश की गति, इन दो चर का उत्पाद, 299,792,458 मीटर प्रति सेकंड (186,282 मील प्रति सेकंड) दर्ज की। इस नए माप के परिणामों में से एक वजन और माप के सामान्य सम्मेलन का निर्णय था कि मानक मीटर (3.3 फीट) के रूप में उस दूरी को अपनाया जाए जो प्रकाश एक सेकंड के 1/299,792,458 में तय करता है। इस प्रकार / प्रकाश की गति, भौतिकी में सबसे महत्वपूर्ण मौलिक स्थिरांक, की गणना अब बहुत उच्च आत्मविश्वास के साथ की जाती है, और संदर्भ मीटर को पहले से कहीं अधिक सटीक रूप से निर्धारित किया जा सकता है।