Cum a fost masurata pentru prima data viteza luminii

Viteza luminii in vid este de exact 299 792 458 metri pe secunda. Motivul pentru care avem acest numar exact astazi este datorita faptului ca viteza luminii in vid este o constanta universala care a fost masurata prin utilizarea laserelor, iar atunci cand un experiment implica lasere, cifrele nu pot fi contrazise. Poate fi curios ca este vorba de un numar intreg, dar nu este o coincidenta – lungimea unui metru este definita prin intermediul urmatoarei constante: „lungimea unui traseu traversat de lumina in vid in intervalul de timp este de 1/299 792 458 al unei secunde”.

In urma cu cateva sute de ani se considera sau presupunea ca viteza luminii este infinita, cand, de fapt, aceasta este doar foarte foarte rapida.

Prima persoana care s-a indoit de afirmatia conform careia „viteza luminii este infinita” a fost filosoful Empedocle, care a trait in secolul 5 i.Hr. Un secol mai tarziu, Aristotel l-a contrazis pe Empedocle, iar aceasta controversa a continuat pe parcursul a doua milenii.

Prima persoana care a adus un experiment tangibil prin care sa poata fi testata viteza luminii a fost omul de stiinta olandez Isaac Beeckman, in anul 1629. In ciuda faptului ca traia intr-o perioada anterioara laserelor, Beeckman a inteles ca, in lipsa laserelor, bazele oricarui experiment stiintific ar trebui sa implice intotdeauna explozii. Astfel, experimentul sau consta in detonarea prafului de pusca.

Beeckman a pozitionat oglinzi la diferite distante de explozie si a intrebat observatorii daca puteau observa vreo diferenta atunci cand lumina reflectata in oglinzi ajungea la ochii lor. Dupa cum probabil banuiati, experimentul s-a dovedit a fi „neconcludent”.

Un alt experiment, mai cunoscut decat cel al lui Beeckman, si care nu presupunea explozii, a fost condus, sau cel putin propus de Galileo Galilei, cu doar un deceniu mai tarziu, in 1638. Asemenea lui Beeckman, Galilei a presupus ca viteza luminii nu este infinita si a facut cateva referinte legate de un experiment care presupunea utilizarea lanternelor (felinarelor). Nu se stie exact daca Galilei a efectuat acest experiment, insa acesta ar fi presupus pozitionarea a doua lanterne avand intre ele distanta de un kilometru, si astfel sa incerce sa observe daca exista vreo intarziere intre cele doua; rezultatele au fost neconcludente. Singurul lucru pe care Galileo il putea afirma a fost ca, daca viteza luminii nu este infinita, cu singuranta este rapida si astfel de experimente la scala mica erau destinate esecului.

Astronomul danez Ole Römer a avansat o teorie noua si serioasa in ceea ce priveste viteza luminii. Acesta a facut un experiment care il faceau pe cel al lui Galilei sa para unul de scoala primara. Römer a observat ca un experiment ar trebui intotdeauna sa implice spatiul cosmic. Astfel, el si-a concentrat observatiile pe miscarea planetelor, anuntand rezultate inovatoare la data de 22 august 1676.

Mai precis, in timp ce studia unul dintre satelitii lui Jupiter, Römer a observat ca timpul scurs intre eclipse varia pe parcursul anului (in functie de faptul ca Pamantul se apropia sau se indeparta de Jupiter). Curios de acest lucru, Römer a inceput sa ia notite cu atentie in privinta satelitului Io, si anume in cat timp acesta putea fi vazut corelat cu perioada de timp in care acesta era asteptat sa apara. Dupa un timp, Römer  a observat ca, pe masura ce Pamantul orbita Soarele, si se departa de Jupiter, timpul in care Io trebuia sa apara era cu intarziere fata de notitele lui. Astfel, Römer a constatat in mod corect faptul ca acest lucru se intampla din cauza ca lumina reflectata de la Io nu calatoarea instantaneu.

Din pacate, calculele exacte pe care acesta le-a folosit s-au pierdut in incendiul din Copenhaga din anul 1782, dar datele se confirma din stirile aparute in presa din acea perioada si din faptul ca si alti oameni de stiinta contemporani cu Römer foloseau aceleasi metode de calcul. Esenta acestui lucru este ca, prin utilizarea unei serii de calcule care implicau diametrul Pamantului si orbita lui Jupiter, Römer a conchis ca dureaza aproximativ 22 de minute pentru ca lumina sa traverseze diametrul orbitei Pamantului in jurul Soarelui. Mai tarziu, Christiaan Huygens a estimat, folosindu-se de calculele lui Römer, ca lumina se deplaseaza cu o viteza de 220 000 kilometri pe secunda. Acest rezultat este usor indepartat de adevar.

Atunci cand colegii lui Römer s-au indoit de teoria sa legata de satelitul Io, astronomul a raspuns calm, spunandu-le ca eclipsa lui Io de pe 9 noiembrie 1676 avea sa aiba o intarziere de 10 minute. La sosirea momentului, cei care se indoiau au ramas uimiti de veridicitatea lucrurilor afirmate de Römer.

Uimirea colegilor lui Römer se explica prin faptul ca estimarea astronomului este considerata si astazi socant de precisa, luand in calcul faptul ca aceasta a fost realizata cu 300 de ani inainte de existenta laserelor si a internetului. In ciuda faptului ca estimarea avea o eroare de 80 000 kilometri pe secunda, insa, avand in vedere evolutia stiintei si a tehnologiei de la momentul respectiv, este impresionanta descoperirea sa, mai ales ca a fost realizata in baza unei banuieli.

Ceea ce este si mai impresionant in ceea ce priveste masuratorile lui Römer este faptul ca, la momentul in care acesta studia acest aspect, atat diametrul Pamantului, cat si orbitele lui Jupiter erau calculate eronat. Asadar, faptul ca el nu a determinat exact viteza luminii se datoreaza faptului ca altii oameni de stiinta au gresit in calcule inaintea lui. Asadar, daca folosim datele lui corelate cu cifrele exacte ale orbitelor, obtinem un rezultat aproape egal cu cel al vitezei luminii din prezent.

Chiar daca teoria lui Römer este eronata, iar James Bradley a descoperit o valoare mai exacta a vitezei luminii in 1729, astronomul danez va ramane in istorie ca cel care a demonstrat pentru prima oara faptul ca viteza luminii nu este infinita, mai ales ca el s-a folosit de o planeta aflata la o distanta de 780 de milioane de kilometri de Pamant.

Bonus:

Energia necesara pentru a opri Pamantul din orbita sa in jurul Soarelui este de 2.6478 × 10^33 jouli, sau 7.3551 × 10^29 wati pe ora sau 6.3285*10^17 megatone de dinamita. De exemplu, cea mai mare explozie nucleara detonata vreodata (Bomba Tsar a Uniunii Sovietice) a produs doar 50 de megatone masurate in energie a dinamitei. Asadar, ar trebui aproximativ 12,657,000,000,000,000 asemenea bombe la o locatie exacta pentru a opri orbitarea Pamantului in jurul Soarelui.

Lasand la o parte dezbaterea in ceea ce priveste viteza luminii (daca este infinita sau nu), o alta disputa de-a lungul istoriei era cea care se referea la originea luminii – daca lumina isi avea originea in ochiul uman sau in altceva. Printre oamenii de stiinta cunoscuti care credeau in aceasta teorie, conform careia lumina era emisa de ochi, se numara Ptolemeu si Euclid. Cei care credeau acest lucru credeau totodata si in faptul ca viteza luminii este infinita, intrucat vedem un numar vast de stele pe cerul noptii si acest numar nu se mareste pe masura ce privim mai mult decat daca priveam anterior la o lumina puternica si ochii nostri doar se adaptau la intuneric.


1 ComentariuLasă un comentariu

Lasă un comentariu

Adresa de email nu va fi publică. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *