https://frosthead.com

יש דרך קלה (וטעימה) למדוד את מהירות האור בבית

המדידה המוצלחת הראשונה של מהירות האור התרחשה בשנת 1676. האסטרונום הדני אולה רומר ניסה למדוד את מסלולו של Io, הירח השלישי בגודלו של צדק, על ידי התבוננות כמה זמן לקח לו לעבור סביב כדור הארץ. כשהוא צופה ב- Io לאורך שנים רבות, גילם רומר תגלית מפתיעה, אומר המוזיאון האמריקני להיסטוריה של הטבע:

מרווח הזמן בין ליקויי חמה עוקבים התקצר בהתמדה ככל שכדור הארץ במסלולו נע לעבר יופיטר והתארך בהתמדה ככל שכדור הארץ התרחק מיופיטר. ההבדלים הללו הצטברו. מנתוניו, רומר העריך שכאשר כדור הארץ היה הקרוב ביותר ליופיטר ... ליקוי החמה של איו יתרחש כשעה-עשר דקות קודם לכן, כפי שחזוי, בהתבסס על תקופת מסלול המסלול הממוצע במשך שנים רבות. וכעבור 6.5 חודשים, כאשר כדור הארץ היה הכי רחוק מיופיטר ..., ליקוי חמה היה מתרחש כשעה עשרה דקות לאחר מכן.

רומר ידע כי התקופה המסלול האמיתית של איו לא יכולה להיות קשורה למיקומם היחסי של כדור הארץ ויופיטר. בתובנה מבריקה, הוא הבין כי הבדל הזמן נובע מהירות האור הסופית.

לפני רומר, מדענים לא היו בטוחים אם האור היה מוגבל במהירות או אם מד המהירות שלו היה תקוע לצמיתות באינסוף.

כמה מאות שנים לאחר מכן, טכניקות למדידת מהירות האור הפכו מדויקות להפליא, ובמקרים מסוימים, מורכבות יותר. אבל בסרטון שלמעלה, האנשים במרכז המדע באטריסטול מראים דרך פשוטה יחסית לחישוב מהירות האור שאינה כרוכה במבט של שנים דרך עינית טלסקופ. למעשה, הגישה שלהם לא משתמשת בציוד מטבח פשוט - ובשוקולד.

בסרטון המארחים רוס אקסטון ונריס שאה משתמשים במעט יותר מתנור מיקרוגל וחטיף שוקולד כדי להראות כיצד מחשבים את מהירות האור. הסרטון לא מבהיר לחלוטין כיצד מדידת הנתחים המומסים על חפיסת שוקולד מתייחסת למהירות האור. אבל פירוק זה רק יותר מצריך התבוננות בכמה מהיחידות המשמשות במדידות שלהם.

הרץ הוא עמדת הפיזיקה של "מחזורים בשנייה." המיקרוגל המשמש בסרטון ייצר גלי אור בתדר של 2, 450, 000, 000 הרץ, או מחזורים רבים בשנייה. מעבר מפסגה לשיא בגל - במקרה זה המרחק בין החלק השוקולד המומס הראשון לשלישי - הוא מחזור אחד. אקסטון ושאה מדדו מרחק זה כ- 0.12 מטר, או 0.12 מטר למחזור. הכפלת משהו שנמדד ב"מטר לכל מחזור "במשהו ב"מחזורים בשנייה" תתן מדידה ב"מטר לשנייה. "זו מהירות הגל - מהירות האור.

הטריק שגורם לגישה של צוות "בריסטול" לעבוד הוא שאנחנו בעידן המודרני כבר יודעים כמה דברים חשובים על האור: שיש לו מהירות סופית, וכי המהירות הזו ברובה קבועה. יש לנו גם את היתרון של פיזיקאים שכבר הקניטו את הקשר בין אורך הגל, התדר והמהירות.

כאשר אולה רומר הביט אל יופיטר והסיק לראשונה את מהירות האור הוא עלה עם 214, 000, 000 מטר לשנייה. "המדידה הזו, בהתחשב בעתיקותה, בשיטת המדידה שלה ובחוסר הוודאות של המאה ה -17 באיזו מידה היה רחוק יופיטר מכדור הארץ, קרובה באופן מפתיע לערך המודרני של [299 792 458] מטרים לשנייה", אומר דייב קורנריך עבור קורנל.

השימוש במיקרוגל ובבר שוקולד הגיעו לאקסטון ושאה 294, 000, 000 מטר לשנייה - לא רע למעט מדעי המטבח.

יש דרך קלה (וטעימה) למדוד את מהירות האור בבית