Hogyan mértük meg a fény sebességét?
Végtelenül gyors a fény?
Felkapcsolod a lámpát, és az egész szoba egy szempillantás alatt világos lesz. Sokáig úgy gondolták, hogy a fény egyáltalán nem halad, egyszerűen egyszerre van mindenhol. Hogyan lehet megmérni, hogy egyáltalán halad-e valahová?
Kísérlet lámpásokkal
Galilei lámpásokkal próbálta meg: két ember két dombon, nagyjából egy kilométerre egymástól. Az egyik leveszi a takarót a lámpásáról, és amint a másik meglátja, ő is felfedi a sajátját. Csakhogy így csak azt mérte meg, mennyi idő kell az embereknek a reagáláshoz, mert a fény ezt a két kilométert oda-vissza hétmilliomod másodperc alatt teszi meg.
Óra az égen
Az égen akadt hosszú út és óra is. A Jupiter Io nevű holdja 42,5 óránként kerüli meg a bolygót, és minden alkalommal egy időre eltűnik az árnyékában. Ezek a fogyatkozások szabályosan követik egymást, és előre jelezhetők.
Késik az óra
Ole Rømer dán csillagász 1676-ban észrevette, hogy az Io fogyatkozásai nem mindig pontosak. Amikor a Föld a legközelebb van a Jupiterhez, az előrejelzés szerint érkeznek, de ahogy a Föld távolodik, egyre jobban késnek. A Föld pályájának túlsó oldalán a késés nagyjából 17 perc.
A fény átszeli az egész földpályát
Rømer megértette, miért: a fénynek idő kell, amíg az Iótól hozzánk ér. A pálya túlsó oldalán ráadásul a pálya teljes átmérőjét is meg kell tennie, nagyjából 300 millió kilométert. Rømer úgy becsülte, hogy ez 22 percig tart; ma tudjuk, hogy kb. 17 percig, vagyis nagyjából 1000 másodpercig, tehát a fény másodpercenként nagyjából 300 000 kilométert tesz meg.
Fogaskerék
A Földön elsőként Hippolyte Fizeau mérte meg 1849-ben. Egy lámpa fényét egy fogaskerék fogai közötti résen át egy 8,6 kilométerre lévő tükörhöz küldte. A tükör visszaverte, és a fény ugyanazon a résen át jutott vissza a szemébe. De hogyan derül ki ebből, milyen gyors a fény?
Amikor a kerék forogni kezd
Aztán megforgatta a kereket. Lassú forgásnál csak kicsit fordult el, mire a fény visszaért, így ugyanazon a résen jutott át. Ahogy gyorsította, a fény egyre jobban a fog szélébe ütközött, és halványult. Másodpercenként 12,5 fordulatnál teljesen eltűnt: a kerék közben egy egész fognyit fordult, és a fény rés helyett fogat ért. Egy fognyi fordulás 1/18 000 másodperc, ez alatt a fény 17 km-t tett meg oda-vissza, vagyis kb. 310 000 km/s-mal halad.
Ellenőrizd magad
A mikrohullám is fény, csak nem látjuk. Vedd ki a sütőből a forgótányért, és melegíts benne 20 másodpercig egy tábla csokit. A hullámok visszaverődnek a falakról, és az egymástól pontosan fél hullámnyira lévő helyeken melegítenek a legjobban: a csoki kb. 6 cm-enként olvad meg, tehát egy egész hullám 12 cm. A hullám sebessége a hossza szorozva a másodpercenkénti rezgések számával, ez pedig a sütő adattábláján áll: 2450 MHz, azaz 2,45 milliárd. 12 cm × 2,45 milliárd nagyjából 300 000 kilométer másodpercenként.
Mi a helyzet ma?
Az 1970-es években lézerrel mérték meg, ugyanazzal a képlettel, mint a csokinál: hullámhossz szorozva a rezgések számával. 299 792 458 méter per másodperc jött ki, és 1983 óta ez a szám rögzített: ennek alapján határozzák meg még a méter hosszát is. Ezért ma már nem a fény sebességét mérjük, hanem azzal mérünk: a Holdon az űrhajósok által hagyott tükrökről visszavert lézer 2,5 másodperc alatt teszi meg az utat oda-vissza, és ebből centiméterre pontosan tudjuk, milyen messze van a Hold.
Szóval hogyan mértük meg?
A fény olyan gyors, hogy a méréshez óriási távolság vagy nagyon pontos óra kell. Rømer a Föld pályáját vette, órának pedig az Io fogyatkozásait, Fizeau 17 kilométert, órának pedig egy gyorsan forgó kereket. Mindkettő megmutatta, hogy a fény elképesztő, de véges sebességgel halad.