Đo tốc độ ánh sáng như thế nào năm 2024
|
Nhà thiên văn Ole Roemer là người đầu tiên chứng tỏ ánh sáng truyền với vận tốc hữu hạn khi nghiên cứu chuyển động của vệ tinh sao Mộc. Vận tốc của ánh sáng bằng 299.792.458 m/s. Ảnh: iStock. Năm 1676, Ole Roemer, nhà thiên văn học người Đan Mạch, là người đầu tiên phát hiện tốc độ ánh sáng có giới hạn, nhưng ông không phải người đầu tiên cố gắng thử nghiệm đo vận tốc ánh sáng, theo Telegraph. Năm 1638, Galileo Galilei, nhà thiên văn, vật lý, toán học và triết học thiên tài người Italy, thiết lập thí nghiệm để đo vận tốc ánh sáng. Phương pháp của Galilei như sau: hai người đứng trên đỉnh của hai ngọn đồi cách xa nhau vài km, và mỗi người cầm theo một chiếc đèn. Một trong hai người nháy đèn vào người còn lại. Người này sẽ phản ứng lại bằng cách nháy đèn trở lại ngay lập tức. Nhưng dù khoảng cách hai người nháy đèn có cách xa nhau thế nào thì Galilei cũng không thể xác định thời gian ánh sáng truyền giữa hai người, do đó ông kết luận rằng vận tốc ánh sáng quá nhanh để có thể đo đạc theo cách trên. Tuy không đưa ra được con số chính xác, nhưng Galilei cho rằng, ánh sáng di chuyển nhanh hơn âm thanh 10 lần. Roemer bắt đầu quá trình nghiên cứu kể từ năm 1673, ông xem xét thời gian trôi qua giữa các lần mặt trăng Io của sao Mộc bị che khuất (eclipse). Mặt Trăng này do Galilei phát hiện vào năm 1610. Bằng cách định lượng sự khác biệt về thời gian, Roemer ước tính ánh sáng dường như mất khoảng 10 tới 11 phút để di chuyển qua một khoảng cách bằng một nửa đường kính quỹ đạo của Trái Đất quanh Mặt Trời. Do đó, ánh sáng truyền đi với vận tốc khoảng 200.000.000 m/s. Năm 1728, James Bradley sử dụng phương pháp đo quang sai của ánh sáng sao đã xác định vận tốc ánh sáng bằng 295.000.000 m/s. Năm 1975, Hội nghị toàn thể về cân đo (CGPM) công bố con số chính thức cho vận tốc ánh sáng bằng 299.792.458 m/s. Vận ánh sáng được ký hiệu bằng chữ "c". Đây là một hằng số vật lý quan trọng để xây dựng nhiều lý thuyết vật lý khác nhau. Nhưng theo kết quả nghiên cứu công bố trên tạp chí Physical Review D hôm 18/11/2016, João Magueijo, giáo sư tại Đại học Hoàng gia London, Anh, và Niayesh Afshordi, tiến sĩ tại Viện Perimeter, Canada, đề xuất ý tưởng cho rằng tốc độ ánh sáng khi vũ trụ mới hình thành cao hơn nhiều so với hiện nay, và tính đúng đắn của lý thuyết này có thể kiểm tra được thông qua chỉ số quang phổ. Trước đó vào năm 2011, Antonio Ereditato, người phát ngôn của Tổ chức Nghiên cứu Nguyên tử châu Âu (CERN), nói rằng các phép đo trong khoảng thời gian 3 năm cho thấy các hạt neutrino trong Máy Gia tốc hạt Lớn (LHC) di chuyển nhanh hơn vận tốc ánh sáng 60 nano giây. Trang 35 Bài thí nghiệm số 5 ĐO VẬN TỐC ÁNH SÁNG BẰNG XUNG ÁNH SÁNG PHẢN XẠ CỰC NGẮN ---ooo--- Mục tiêu: Sau khi học xong bài này sinh viên có khả năng:
xung ánh sáng phản xạ cực ngắn
chính xác.
Điện từ trường lan truyền trong không gian dưới dạng sóng, gọi là sóng điện từ. Bản chất của ánh sáng cũng là sóng điện từ. Vì vậy sóng ánh sáng bao gồm “một chuỗi” các dao động điện trường và từ trường vuông góc nhau lan truyền trong không gian. Bằng một cách nào đó, nếu có thể tạo ra sóng ánh sáng nhưng chỉ bao gồm một vài dao động điện-từ lan truyền trong không gian thì dạng sóng như vậy gọi là xung ánh sáng. Xung ánh sáng càng ngắn thì có càng ít dao động điện -từ. Trên thực tế, xung ánh sáng cực ngắn thường được tạo ra bởi đèn led, laser… Các xung ánh sáng cực ngắn này thường là những chùm tia song song đơn sắc, công suất cao, và ít bị tán xạ bởi môi trường nên thường truyền thẳng. Vì vậy, thường được ứng dụng trong đo lường, thông tin quang học…
Hình 5.1: Sơ đồ thí nghiệm đo vận tốc ánh sáng Xung ánh sáng truyền trong không gian với vận tốc c \= 3,10 8 m/s. Bằng cách đo quãng đường truyền xung ánh sáng và thời gian truyền xung giữa 2 điểm trong không gian ta có thể xác định được vận tốc ánh sáng. Trong bài thí nghiệm này, xung ánh sáng sẽ được phản xạ bởi các gương bán mạ T 1 và T 2 (Gương bán mạ là một loại gương cho phép tia sáng đi tới được phản xạ lại một phần và truyền qua một phần. Gương bán mạ có thể được chế tạo bằng cách phủ lên bề mặt tấm thủy tinh một lớp kim loại như nhôm rất mỏng.) và tín hiệu sẽ được ghi nhận bằng dao động ký điện tử. |
