يمكن معرفة أول من يؤكد أن الضوء ينتقل بسرعة قابلة للقياس إذا تعمقنا في علم الفيزياء ، حيث تُظهر تجربتنا اليومية أن انتشار الضوء يحدث على الفور. على عكس الصوت الذي لا يصل إلى الأذن إلا بعد فاصل زمني كبير. ومع ذلك ، فقد اعتقد العلماء والفلاسفة القدماء أن الضوء يجب أن يكون له فترة زمنية معينة ينتقل خلالها.
تاريخ دراسة سرعة الضوء
أول مناقشة مسجلة لسرعة الضوء كان المفكر اليوناني أرسطو ، الذي تبنى البيان. يجب أن يستغرق ضوء الشمس وقتًا للوصول إلى الأرض ، لكن أرسطو نفسه لم يوافقه على ما يبدو ، وحتى ديكارت كان يعتقد أن الضوء ينتقل على الفور.
يشير جاليليو إلى أنه لا يمكن استنتاج أي شيء بخصوص سرعة الضوء من مجرد هذه الملاحظة ، باستثناء أن الضوء يتحرك أسرع من الصوت. لكنه اقترح أيضًا طريقة ممكنة لدراسة سرعة الضوء. الفكرة هي أن يكون هناك شخصان يقفان منفصلين ، مع فوانيس مغطاة. أحدهما يكشف الفانوس الخاص به ، ثم يكشف الآخر عن فانوسه بمجرد أن يرى الأول الضوء ، ويجب أن يمارس هذا ، بدءًا من مسافات قريبة ، حتى يعتادوا على أوقات رد فعلهم ، ثم يتعين عليهم القيام بذلك. على بعد ميلين أو ثلاثة أميال ، أو حتى باستخدام التلسكوبات ، لمعرفة ما إذا كان الفاصل الزمني أطول بشكل ملحوظ. يقول جاليليو إنه أجرى التجربة بالفعل على مسافات تقل عن ميل واحد ، دون أن يكون قادرًا على اكتشاف الفاصل الزمني.
كان أول من أكد أن الضوء ينتقل بسرعة قابلة للقياس
أول من أكد أن الضوء ينتقل بسرعة يمكن قياسها كان عالم الفلك الدنماركي أول رومر ، الذي كان يعمل في ذلك الوقت في مرصد باريس ، ولم يكن يبحث عن سرعة الضوء عندما وجده. بدلاً من ذلك ، كان يجمع ملاحظات حول مدار IO ، أعمق أربعة أقمار صناعية كبيرة للمشتري اكتشفها جاليليو في عام 1610. كان رومر يأمل في تحديد قيمة دقيقة للفترة المدارية للقمر الصناعي ، وذلك لتوفير نوع من الساعة في سماء. في النهاية ، وجد أن هذه الدراسات غير عملية ، وتم التخلي عنها بعد تطوير ساعات بحرية دقيقة. لكن بيانات الإدخال والإخراج تخبر بشكل غير متوقع عن مشكلة علمية أخرى: تحديد سرعة الضوء.
شرح انتقال الضوء بسرعة قابلة للقياس
من خلال توقيت هذه الكسوفات على مدار سنوات عديدة ، لاحظ رومر شيئًا غريبًا: أصبحت الفترة الفاصلة بين الخسوف المتتالي أقصر بشكل مطرد مع تحرك الأرض في مدارها نحو المشتري وأطول بثبات مع ابتعاد الأرض عن المشتري. قدر رومر ذلك عندما تكون الأرض أقرب إلى المشتري.
سيحدث الكسوف المداري IO قبل 11 دقيقة تقريبًا مما كان متوقعًا بناءً على متوسط الفترة المدارية على مدى سنوات عديدة. بعد ستة أشهر ونصف ، عندما كانت الأرض بعيدة عن المشتري ، حدث الكسوف بعد 11 دقيقة تقريبًا مما كان متوقعًا. لقد أدرك أن فارق التوقيت كان بسبب السرعة المحدودة للضوء. هذا يعني أن الضوء من نظام المشتري يسافر لمسافة أبعد للوصول إلى الأرض عندما تكون الكواكب على جوانب متقابلة من الشمس مما هي عليه عندما تكون قريبة من بعضها البعض. قدر رومر أن الضوء سيستغرق 22 دقيقة ليعبر قطر مدار الأرض. وهكذا يمكننا حساب سرعة الضوء بقسمة قطر مدار الأرض على فارق التوقيت.
تؤكد مساهمات أينشتاين أن الضوء ينتقل بسرعة ثابتة
وفقًا لدراسات لاحقة ، سواء كان مصدر الضوء يتحرك نحوك أو بعيدًا عنك ، ينتقل الضوء بسرعة ثابتة تبلغ 300000 كم / ثانية ، على عكس ما تقوله الفيزياء الكلاسيكية والفطرة السليمة. أوضحت عبقرية أينشتاين سبب ثبات سرعة الضوء وعدم اعتمادها على سرعة المصدر أو المراقب. في عام 1905 ، أدرك أينشتاين وعالم الرياضيات الفرنسي هنري بوانكاريه أن فكرة الأثير كوسيلة للسفر الخفيف غير ضرورية تمامًا ، وبالتالي كان المرء على استعداد للتخلي عن فكرة الوقت المطلق.
أدرك أينشتاين أيضًا أن معادلات ماكسويل أدت إلى تناقض في قوانين الفيزياء ، لأنهم يقولون إنه إذا تمكن المرء من التقاط شعاع من الضوء ، فسوف يرى موجة كهرومغناطيسية ثابتة ، وهو أمر مستحيل. لذا افترض أينشتاين أن سرعة الضوء تلعب في الواقع دور السرعة اللانهائية في كوننا ، وبالتالي لا شيء يمكن أن يسافر أسرع من الضوء.
وهكذا ، فإن أول من أكد أن الضوء ينتقل بسرعة يمكن قياسها هو أولي رومر ، ثم تبع ذلك دراسات لاحقة بحثت في سرعة الضوء ، ووضعت المعادلات والنظريات على ثباته.