سرعت نور چطور تعیین شده است؟

به گزارش بلاغ، سرعت نور در خلاء ۲۹۹۷۹۲۴۵۸ متر بر ثانیه است، این همان مقداری است که دانشمندان در سال ۱۹۷۵ با آن موافقت کردند، اما چرا با این مقدار موافقت کردند؟ و چرا این موضوع اهمیت دارد؟

پاسخ به این سوالات ما را به سفری شگفت انگیز در فضا، زمان، فیزیک و اندازه گیری می برد، و داستان آن هنوز کاملا گفته نشده است. مطالعات جدید به این سوالات در مورد نور که برای اولین بار در طول قرن ها مطرح شد، پاسخ می دهند.

برای شروع سری به تاریخچه می زنیم: در اوایل قرن ۱۷، توافقی عام بر سر این موضوع وجود داشت که نور سرعت ندارد و در یک لحظه می توانست وجود داشته باشد یا وجود نداشته باشد.

در سال های ۱۶۰۰ به بعد این ایده به طور جدی به چالش کشیده شد. ابتدا توسط دانشمند هلندی به نام ایساک بیکمن در سال ۱۶۲۹، که مجموعه ای از آینه ها را حول انفجارهای باروت قرار داد تا ببیند آیا حین ظهور فلش های نوری ناظران متوجه هر گونه تغییری می شوند.

متاسفانه برای بیکمن و پیشرفت علم نتایج بی نتیجه ماند، اما سپس در سال ۱۶۷۶ ستاره شناس دانمارکی به نام اوله رومر متوجه تغییرات عجیبی در طول دوره یک ساله در منحنی زمان مربوط به یکی از قمرهای مشتری شد.

آیا این موضوع می توانست بدان دلیل باشد که هنگامی که زمین در فاصله دورتری قرار داشت مدت زمان بیشتری طول می کشید تا نور از مشتری حرکت کند؟ رومر اینگونه فکر می کرد و طبق محاسبات او نور دارای سرعت تقریبی ۲۲۰۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه بود، تخمین بدی نبود به خصوص با در نظر گرفتن این موضوع که همه داده هایی که در اندازه های سیاره ای بودند صحیح نبودند.

آزمایشات بیشتر با پرتوهای نور در سیاره ما دانشمندان را به مقدار صحیح نزدیکتر کردند، و سپس در نیمه های ۱۸۰۰ فیزیکدانی به نام جیمز کلرک ماکسول معادلات ماکسول خود را معرفی کرد که روش هایی برای اندازه گیری میدان های الکتریکی و مغناطیسی در خلاء بود.

معادلات ماکسول ویژگی های الکتریکی و مغناطیسی فضای خالی را معین می کرد، بعد از متذکر شدن این موضوع که سرعت یک موج تابشی الکترومغناطیسی بدون جرم خیلی نزدیک به سرعت فرضی نور بود، ماکسول اظهار داشت که آن ها ممکن است دقیقا یکی باشند.

کشف ماکسول درست بود، و برای اولین بار ما می توانستیم سرعت نور را بر اساس ثابت های دیگر در جهان اندازه گیری کنیم.

در همان زمان، ماکسول که به شدت روی این موضوع کار می کرد اظهار داشت که نور خودش یک موج الکترومغناطیسی است و بعد از اینکه این ایده تایید شد، در سال ۱۹۰۵ آلبرت انیشتین از این ایده به عنوان بخشی از نظریه نسبیت خاص استفاده کرد.

امروزه سرعت نور یا c که کاملا شناخته شده و معمول است، اساس نسبیت خاص محسوب می شود، برخلاف فضا و زمان سرعت نور ثابت و مستقل از ناظر است.

آنچه مهم تر است این است که این ثابت بیشتر دانسته های ما از جهان را تایید می کند. این ثابت همان مقدار سرعت یک موج گرانشی است و این c همان c در معادله مشهور E=mc2 است.

تنها از طریق ماکسول و انیشتین نیست که ما به سرعت نور پی می بریم بلکه دانشمندان با انعکاس نور لیزرها از اشیاء و تماشای روشی که جاذبه روی سیاره ها عمل می کند، این ثابت را اندازه گیری کردند و همه این آزمایشات مقدار یکسانی را نشان دادند.

با این وجود داستان در اینجا تمام نمی شود، بر اساس نظریه کوانتوم که شاخه ای از فیزیک است، جهان ممکن است آنچنان هم که فکر می کنیم ثابت نباشد.

نظریه میدان کوانتومی می گوید، خلاء هیچوقت واقعا خالی نیست بلکه با ذرات اصلی پر شده است که به درون و بیرون فشار وارد می کنند. این ذرات در طول این روش موج های الکترومغناطیسی ایجاد می کنند، این فرضیه پیش می رود و می تواند منجر به تغییراتی در سرعت نور گردد.

مطالعات روی این ایده در حال پیشرفت است و ما در مورد این روش یا روشی دیگر هنوز مطمئن نیستیم، اکنون سرعت نور قرن هاست که ثابت و معین باقی ماده است….اما به فضا بنگرید.