تصل سرعة الضوء في الفراغ إلى “299،792،458 مترا في الثانية”. وسبب إمكانية وضع رقم دقيق عليه اليوم هو أن سرعة الضوء في الفراغ هي رقم ثابت عالمي تم قياسه بالليزر؛ وعندما تنطوي التجربة على أشعة الليزر، يصعب مناقشة النتائج.
بالنسبة لسبب ظهوره بشكل واضح إلى حد ما كرقم كامل، فهذا ليس من صدفة – يتم استخدام هذا الثابت لتحديد طول المتر: `المسافة التي يقطعها الضوء في الفراغ خلال فترة زمنية تعادل 1/299،792،458 من الثانية`.
تاريخ قياس سرعة الضوء
قبل مئات من السنين، كان هناك اتفاق عام، أو على الأقل يُفترض ذلك، بأن سرعة الضوء لا حدود لها، على الرغم من أنها في الواقع كانت سريعة جدًا، وكانت سرعة الضوء أبطأ قليلاً من أسرع شيء معروف في الكون.
في القرن الخامس قبل الميلاد، سأل الفيلسوف إمبيدوكليس عن سرعة الضوء غير المحدودة، وبعد أقل من قرن من الزمن، اختلف أرسطو مع إمبيدوكليس، واستمر النقاش حول هذا الموضوع لأكثر من ألفي عام.
تجارب التعرف على سرعة الضوء
– أحد العلماء البارزين الذين توصلوا بالفعل إلى تجربة ملموسة لاختبار ما إذا كان للضوء سرعة كان عالِمًا هولنديًا ، إسحاق بيكمان في عام 1629 ، و على الرغم من العيش في وقت قبل الليزر ، فهم بيكمان أن مع عدم وجود الليزر ، يجب أن تتضمن أساس أي تجربة علمية جيدة دائمًا انفجارات من نوع ما ؛ وهكذا ، تضمنت تجربته تفجير البارود.
قام بيكمان بوضع المرايا على مسافات مختلفة من موقع الانفجار وسأل المراقبين إذا كانوا يمكنهم رؤية أي فرق عندما يصل وميض الضوء المنعكس من كل مرآة إلى عيونهم. وعلى الرغم من أن التجربة “غير حاسمة”، إلا أنها تمثل أحد الأساليب المستخدمة في دراسة الانفجارات .
تجربة جاليليو للتعرف على الضوء
– ربما قام غاليليو جاليلي، في وقت لاحق من عام 1638، بتجربة مماثلة لم تنطوي على انفجارات، أو على الأقل اقترح ذلك، فغاليليو مثل بيكمان يشتبه أيضا في أن سرعة الضوء لم تكن لانهائية وجعل إشارات عابرة تنطوي على الفوانيس في بعض أعماله، وإذا كان قد قام بتجربته (إذا كانت قد أجريت على الإطلاق)، فقد تضمنت وضع فوانيس على بعد ميل واحد ومحاولة معرفة ما إذا كان هناك أي تأخر ملحوظ بينهما، وكانت النتائج غير حاسمة والشيء الوحيد الذي يمكن لغاليليو توقعه هو أنه إذا لم يكن الضوء غير منتهي، فإنه كان سريعا، وأن التجارب على هذا النطاق الصغير كانت مصيرها الفشل.
تجربة رومر لقياس سرعة الضوء
لم يكن الأمر كذلك حتى قام العالم الفلكي الدنماركي، أولي رومر، بالدخول إلى المعركة التي اصبحت فيها قياسات سرعة الضوء مسألة جدية. في تجربة أجراها رومر، حيث جعل الفوانيس الوامضة تشبه تلة تجربة مشروع معرض العلوم في المدرسة الابتدائية، قرر رومر أنه في ظل نقص الليزر والانفجارات، يجب أن تتضمن التجربة دائما الفضاء الخارجي. وبالتالي، اعتمد ملاحظاته على حركة الكواكب نفسها، معلنا نتائجه المبتكرة في 22 أغسطس 167.
تحديدا، أثناء دراسة أحد أقمار كوكب المشتري، لاحظ رومر أن الوقت بين الكسوف يمكن أن يتغير على مدار العام، اعتمادا على اتجاه حركة الأرض نحو كوكب المشتري أو بعيدا عنه. وبسبب فضوله في هذا الأمر، بدأ رومر في تدوين ملاحظات دقيقة حول الوقت الذي سيظهر فيه القمر I0 الذي كان يراقبه، وكيف يرتبط ذلك بالوقت المتوقع عادة. وذلك بعد فترة من الزمن.
لاحظ رومر أن عندما تدور الأرض حول الشمس وتبتعد عن كوكب المشتري، يتأخر وقت دخول الكويكب Io المتوقع المدون في ملاحظاته. واثبتت نظرية رومر أن السبب في ذلك هو أن الضوء المنعكس من Io لا يسافر على الفور.
للأسف، فقدت الحسابات الدقيقة التي استخدمت في حريق كوبنهاغن عام 1728، ولكن لدينا سرد جيد لأحداث من القصص الإخبارية التي تغطي اكتشافه واستخدام العلماء الآخرين في ذلك الوقت لأرقام رومر في أعمالهم الخاصة.
باستخدام مجموعة من الحسابات الذكية التي تشمل قطر مدارات الأرض والمشتري، توصل رومر إلى أن الضوء يستغرق حوالي 22 دقيقة لعبور قطر مدار الأرض حول الشمس.
قام كريستيان هيجنز فيما بعد بتحويل هذا الرقم إلى أرقام أكثر انتشارًا، وهو يشير إلى أن الضوء يسافر بسرعة تقدر بحوالي 220،000 كيلومتر في الثانية، وهذا الرقم أقل قليلًا (حوالي 27٪) من الرقم المذكور في الفقرة الأولى، ولكن سنصل إلى ذلك في لحظة.
عندما عبّر زملاؤه عن شكوكهم في نظرية آيو التي اقترحها رومر بشكل عام، أخبرهم رومر بشكل هادئ أن كسوف آيو في التاسع من نوفمبر 1676 سيتأخر 10 دقائق. وعند حين حان الموعد، فوجئ المشككون بأن حركة الجسم السماوي قد أثبتت صحة نظرية رومر بشكل واضح.