Вперше швидкість світла визначив у 1676 році Оле Ремер зі зміни проміжків часу між затемненнями супутника Юпітера Іо.

З явищем світла ми вперше знайомимося ще 9 класі. У 11-му починаємо розглядати найцікавіший матеріал про те, що таке швидкість світла.
Виявляється, історія відкриття цього явища не менш цікава, ніж саме явище.


Потреби торгівлі, яка розвивалася швидкими темпами, і зростаюче значення мореплавання спонукали французьку Академію наук зайнятися уточненням географічних карт, для чого, зокрема, був потрібний надійніший спосіб визначення географічної довготи. Оле Ремер - молодого датського астронома - було запрошено працювати в нову паризьку обсерваторію.

Вчені запропонували використовувати для визначення паризького часу та часу на борту корабля небесне явище, що спостерігається щодня в одну й ту саму годину. За цим явищем мореплавець чи географ міг би дізнатися про паризький час. Таким явищем, видимим з будь-якого місця на морі чи суші, є затемнення одного з чотирьох великих супутників Юпітера, виявлених Галілеєм у 1609 році.

Супутник Іо проходив перед планетою, а потім поринав у її тінь і зникав з поля зору. Потім він знову з'являвся як лампа, що миттєво спалахнула. Проміжок часу між двома спалахами становив 42 години 28 хвилин. Такі ж вимірювання, проведені через півроку, показали, що супутник запізнився, з'явившись з тіні на 22 хвилини пізніше в порівнянні з моментом часу, який можна було розрахувати на підставі знання періоду звернення Іо. Швидкість має неточний результат через неправильне визначення часу запізнення.

У 1849 році французький фізик Арман Іполит Луї Фізо поставив лабораторний досвід із вимірювання швидкості світла. Параметри установки Фізо такі. Джерело світла та дзеркало розташовувалися в будинку батька Фізо поблизу Парижа, а дзеркало 2 - на Монмартрі. Відстань між дзеркалами становила 8,66 км, колесо мало 720 зубців. Воно оберталося під дією годинного механізму, що приводиться в рух вантажем, що опускається. Використовуючи лічильник оборотів і хронометр, Фізо виявив, що перше затемнення спостерігається при швидкості обертання колеса 12,6 про/с.

Світло від джерела проходив через зуби колеса, що обертається і, відбившись від дзеркала, повертався знову до зубчастого колеса. Припустимо, що зубець та проріз зубчастого колеса мають однакову ширину і місце прорізу на колесі зайняв сусідній зубець. Тоді світло перекриється зубцем і окулярі стане темно. Використовуючи метод затвора, що обертається, Фізо отримав значення швидкості світла: 3,14.105 км/с.

Навесні 1879 газета "Нью-Йорк Таймс" повідомила: "На науковому горизонті Америки з'явилася нова яскрава зірка. Молодший лейтенант морської служби, Випускник Морської академії в Аннаполісі Альберт Майкельсон, якому ще немає і 27 років, добився видатного успіху в області оптики: він виміряв швидкість світла! "Примітний той факт, що на випускних іспитах в академії Альберту дісталося питання про вимірювання швидкості світла. , Що через короткий час Майкельсон сам увійде в історію фізики як вимірювач швидкості світла.

До Майкельсона лише одиницям (всі вони були французами) вдалося виміряти її за допомогою земних засобів. А на американському континенті до нього ніхто не намагався поставити цей важкий експеримент.

Установка Майкельсона розміщувалась на двох гірських вершинах, розділених відстанню 35,4 км. Дзеркало служило восьмигранною сталевою призмою на горі Сан Антоніо в Каліфорнії, сама установка знаходилася на горі Маунт-Вільсон. Після відбиття від призми промінь світла потрапляв на систему дзеркал, що повертають його назад. Для того щоб промінь потрапляв в око спостерігача, призма, що обертається, повинна за час поширення світла туди і назад, встигнути повернутися хоча б на 1/8 обороту.

Майкельсон писав: "Те, що швидкість світла - є категорією, недоступною людській уяві, і що з іншого боку її можна виміряти з незвичайною точністю, робить її визначення однією з найцікавіших проблем, з якими може зіткнутися дослідник.
Найточніший вимір швидкості світла було отримано в 1972 році американським ученим К. Івенсон зі співробітниками. Внаслідок незалежних вимірювань частоти та довжини хвилі лазерного вимірювання ними було отримано значення 299792456,2±0,2м/с.

Однак у 1983 р. на засіданні Генеральної асамблеї заходів та ваг було прийнято нове визначення метра (це довжина шляху, що проходить світлом у вакуумі за 1/299792458 частку секунди), з якого випливає що швидкість світла у вакуумі абсолютно точно дорівнює =299 792 45 м/с.

1676 - Оле Ремер - астрономічний метод
с = 2,22.108 м/с

1849р. - Луї Фізо – лабораторний метод
с = 3,12.108 м/с

1879 Альберт Майкельсон - лабораторний метод
C=3,001.108м/с

1983 р. Засідання Генеральної асамблеї заходів та ваг
з = 299792458 м / с

Швидкість світла у вакуумі становить «рівно 299,792,458 метрів за секунду». Ми сьогодні можемо з точністю назвати цю цифру тому, що швидкість світла у вакуумі є універсальною постійною, яка була виміряна лазером.

Коли йдеться про використання цього інструменту в експерименті, важко посперечатися з результатами. З приводу того, чому швидкість світла вимірюється настільки цілим числом, можна сказати, що це й не дивно: довжина метра визначається за допомогою наступної константи: «Довжина шляху, що проходить світло у вакуумі за проміжок часу 1/299,792,458 секунди».

Кілька сотень років тому було вирішено або принаймні передбачалося, що швидкість світла не має межі, хоча насправді вона просто дуже висока. Якби від відповіді залежало, чи стане вона подругою Джастіна Бібера, сучасна дівчина-підліток відповіла б на це запитання так: «Швидкість світла трохи повільніша за найшвидшу річ у Всесвіті».

Першим, хто звернувся до питання про нескінченність швидкості світла, був філософ Емпедокл у п'ятому столітті до н. Ще через століття Аристотель не погодиться із твердженням Емпедокла, і суперечка триватиме ще понад 2,000 років.

Голландський вчений Ісак Бекмен був першим відомим фахівцем, який у 1629 році вигадав реальний експеримент, щоб перевірити, чи є у світла якась швидкість. Бекмен, який живе в столітті, далекому від винаходу лазера, зрозумів, що основою експерименту має стати вибух будь-якого походження, тому у своїх експериментах він використовував детонуючий порох.

Бекмен розташував дзеркала на різній відстані від місця вибуху і пізніше запитав у людей, що спостерігали, чи бачать вони різницю в сприйнятті спалаху світла, що відображається в кожному з дзеркал. Як можна здогадатися, експеримент був "непереконливим". Аналогічний, більш відомий досвід, але без використання вибуху, можливо, був проведений або, принаймні, придуманий Галілео Галілеєм лише через десятиліття, в 1638 році. Галілей, як і Бекмен, підозрював, що швидкість світла не нескінченна, і в деяких своїх роботах робив посилання на продовження експерименту, але вже за участю ліхтарів. У своєму експерименті (якщо він колись його проводив!) він розмістив два ліхтарі за милю один від одного і намагався розглянути, чи була затримка. Результат експерименту також був непереконливим. Єдине, що Галілей зміг припустити, то це, що якщо світло і не було нескінченним, то воно було надто швидким, і досліди, що проводилися в такому маленькому масштабі, були приречені на провал.

Так тривало доти, доки серйозних експериментів зі швидкістю світла не приступив датський астроном Олаф Ремер. Експерименти з ліхтарями на пагорбі, які проводили Галілеєм, виглядали як науковий проект школяра порівняно з досвідом Ремера. Він встановив, що експеримент має проводитись у відкритому космосі. Таким чином, він зосередив свою увагу на спостереженні за планетами та представив свої новаторські погляди 22 серпня 1676 року.

Зокрема, під час вивчення одного із супутників Юпітера Ремер зауважив, що час між затемненнями змінюється протягом року (залежно від того, чи рухається Юпітер у напрямку Землі чи від неї). Зацікавившись цим, Ремер робив ретельні записи про час, коли супутник Іо, за яким він спостерігав, з'являвся в полі зору, і порівнював, як цей час співвідносився з моментом, коли він очікувався. Через деякий час Ремер зауважив, що так само, як Земля, обертаючись навколо Сонця, стає далі від Юпітера, час, коли Йо потрапляє в поле зору, буде сильніше відставати від часу, зазначеного раніше в записах. Ремер (правильно) припустив, що це відбувається через те, що світла потребує більше часу, щоб пройти відстань від Землі до Юпітера, якщо сама відстань збільшується.

На жаль, зроблені ним розрахунки загинули у вогні під час пожежі в Копенгагені у 1728 році, але ми маємо великий обсяг відомостей про його відкриття з історій сучасників, а також з доповідей інших учених, які використовували розрахунки Ремера у своїх роботах. Суть їх у тому, що за допомогою багатьох розрахунків, пов'язаних з діаметром Землі та орбіти Юпітера, Ремер зміг зробити висновок, що світові потрібно близько 22 хвилин, щоб пройти відстань, що дорівнює діаметру орбіти Землі навколо Сонця. Християн Гюйгенс пізніше перетворює ці обчислення на більш зрозумілі цифри, показуючи, що, за оцінкою Ремера, світло проходить близько 220,000 кілометрів на секунду. Ця цифра набагато відрізняється від сучасних даних, але ми незабаром до них повернемося.

Коли колеги Ремера з університету висловили занепокоєння щодо його теорії, він спокійно відповів їм, що затемнення 9 листопада 1676 відбудеться на 10 хвилин пізніше. Коли так і сталося, ті, хто сумнівався, були вражені, адже небесне тіло підтвердило його теорію.

Колеги Ремера були вражені його обчисленням, оскільки навіть сьогодні його оцінка швидкості світла вважається напрочуд точною, враховуючи, що вона була зроблена за 300 років до того, як вигадали лазери та Інтернет. І нехай 80,000 кілометрів – це надто повільно, але, враховуючи стан науки та технологій на той час, результат справді вражає. До того ж Ремер покладався лише на власні припущення.

Що ще більше дивує, причина надто маленької швидкості була не в розрахунках Ремера, а в тому, що не було точних даних про орбіти Землі та Юпітера в той час, коли він проводив свої обчислення. Це означає, що вчений помилився тільки тому, що інші вчені були не такі розумні, як він. Отже, якщо ви помістите існуючі сучасні дані до оригінальних обчислень, які він проводив, розрахунки швидкості світла будуть вірними.

І хоча обчислення були технічно неправильними, а Джеймс Бредлі знайшов більш точне визначення швидкості світла в 1729, Ремер увійшов в історію як людина, що довела першим, що швидкість світла можна визначити. Він зробив це, спостерігаючи за рухом гігантської газоподібної кулі, розташованої на відстані близько 780 мільйонів кілометрів від Землі.

У давнину багато вчених вважали швидкість світла нескінченною. Італійський фізик Галілео Галілей був одним із перших, хто спробував її виміряти.

Перші спроби

На початку XVII століття Галілей зробив експеримент, який полягав у тому, що дві людини з прикритими ліхтарями стояли на певній відстані одна від одної. Одна людина подавала світло, і тільки-но інша його бачив, він розкрив свій власний ліхтар. Галілей спробував записувати час між спалахами, але витівка виявилася невдалою через занадто малу відстань. Швидкість світла не могла бути виміряна в такий спосіб.

У 1676 році датський астроном Оле Ремер став першою людиною, яка довела, що світло поширюється з кінцевою швидкістю. Він вивчав затемнення супутників Юпітера і помітив, що вони відбуваються раніше чи пізніше, ніж очікувалося за розрахунками (раніше, коли Земля ближча до Юпітера, і пізніше, коли Земля далі). Румер логічно припустив, що запізнення обумовлено часом, необхідним подолання відстані.

На сучасному етапі

У наступні століття низка вчених працювала над визначенням швидкості світла з використанням удосконалених приладів, винаходячи все більш точні методи розрахунків. Французький фізик Іполит Фізо зробив у 1849 році перші неастрономічні виміри. У використаній методиці застосовано обертове зубчасте колесо, через яке пропускалося світло, і система дзеркал, розташована на значному видаленні.

Точніші розрахунки швидкості зроблено 1920-ті роки. Експерименти американського фізика Альберта Майкельсона проходили в горах Південної Каліфорнії із застосуванням восьмигранного дзеркального апарату, що обертається. 1983 року Міжнародна комісія з мір і ваг офіційно визнала величину швидкості світла у вакуумі, яку сьогодні застосовують при розрахунках усі вчені світу. Вона становить 299792458 м/с (186,282 миль/сек). Таким чином, за одну секунду світло долає відстань, що дорівнює екватору Землі 7,5 разів.

Незважаючи на те, що у звичайному житті розраховувати швидкість світла нам не доводиться, багатьох ця величина цікавить з дитячого віку.


Спостерігаючи за блискавкою під час грози, напевно кожна дитина намагалася зрозуміти, з чим пов'язана затримка між її спалахом та громовими гуркотами. Очевидно, що світло та звук мають різну швидкість. Чому так відбувається? Що таке швидкість світла і як її можна виміряти?

У науці швидкістю світла називають швидкість переміщення променів у повітряному просторі чи вакуумі. Світло – це електромагнітне випромінювання, що сприймає око людини. Він здатний пересуватися в будь-якому середовищі, що прямо впливає на його швидкість.

Спроби виміряти цю величину робилися з давніх-давен. Вчені античної епохи вважали, що швидкість світла є нескінченною. Таку ж думку висловлювали і фізики XVI-XVII століть, хоча вже тоді деякі дослідники, такі як Роберт Гук та Галілео Галлілей, допускали кінцівку.

Серйозний прорив у вивченні швидкості світла стався завдяки датському астроному Олафу Ремеру, який першим звернув увагу на запізнення затемнення супутника Юпітера Іо порівняно з первинними розрахунками.

Тоді вчений визначив приблизне значення швидкості, що дорівнює 220 тисяч метрів за секунду. Більш точно цю величину зумів обчислити британський астроном Джеймс Бредлі, хоча він трохи помилився в розрахунках.


Надалі спроби розрахувати реальну швидкістьсвітла робили вчені з різних країн. Однак тільки на початку 1970-х років з появою лазерів і мазерів, які мали стабільну частоту випромінювання, дослідникам вдалося зробити точний розрахунок, а в 1983 за основу було прийнято сучасне значення з кореляцією на відносну похибку.

Якщо говорити простою мовою, швидкість світла – це час, за який сонячний проміньдолає певну відстань. Як одиниця часу прийнято використовувати секунду, як відстань – метр. З погляду фізики світло - це унікальне явище, що має в конкретному середовищі постійну швидкість.

Припустимо, людина біжить зі швидкістю 25 км/год і намагається наздогнати автомобіль, який їде зі швидкістю 26 км/год. Виходить, що машина рухається на 1 км/год швидше бігуна. Зі світлом все інакше. Незалежно від швидкості пересування автомобіля та людини, промінь завжди буде пересуватися щодо них із незмінною швидкістю.

Швидкість світла багато в чому залежить від речовини, в якій поширюються промені. У вакуумі вона має постійне значення, а ось у прозорому середовищі може мати різні показники.

У повітрі чи воді її величина завжди менша, ніж у вакуумі. Наприклад, у річках і океанах швидкість світла становить близько від швидкості в космосі, а в повітрі при тиску в 1 атмосферу – на 2 % менше, ніж у вакуумі.


Подібне явище пояснюється поглинанням променів у прозорому просторі та їх повторним випромінюванням зарядженими частинками. Ефект називають рефракцією та активно використовують при виготовленні телескопів, біноклів та іншої оптичної техніки.

Якщо розглядати конкретні речовини, то у дистильованій воді швидкість світла становить 226 тисяч кілометрів на секунду, в оптичному склі – близько 196 тисяч кілометрів на секунду.

У вакуумі швидкість світла в секунду має постійне значення 299 792 458 метрів, тобто трохи більше 299 тисяч кілометрів. У сучасному уявленні вона є граничною. Інакше кажучи, ніяка частка, ніяке небесне тіло неспроможні досягти тієї швидкості, яку розвиває світло у космічному просторі.

Навіть якщо припустити, що з'явиться Супермен, який летітиме з величезною швидкістю, промінь все одно втікатиме від нього з більшою швидкістю.

Хоча швидкість світла є максимально досяжною у вакуумному просторі, вважається, що існують об'єкти, які рухаються швидше.

На таке здатні, наприклад, сонячні зайчики, тінь чи фази коливання у хвилях, але з одним застереженням – навіть якщо вони розвинуть надшвидкість, енергія та інформація будуть передаватися у напрямі, який не співпадає напрямом їхнього руху.


Що стосується прозорого середовища, то на Землі існують об'єкти, які цілком здатні рухатися швидше за світло. Наприклад, якщо промінь, що проходить через скло, уповільнює свою швидкість, то електрони не обмежені у швидкості пересування, тому при проходженні через скляні поверхні можуть переміщатися швидше за світло.

Таке явище називається ефект Вавілова - Черенкова і найчастіше спостерігається в ядерних реакторахчи у глибинах океанів.