كيف تم قياس سرعة الضوء لأول مرة ؟

تبلغ سرعة الضوء في الفراغ بالضبط 299،792،458 متر في الثانية، والسبب اليوم الذي جعلنا نضع رقم دقيق لسرعة الضوء هو أن سرعة الضوء في الفراغ ثابت كوني تم قياسه باستخدام أشعة الليزر، وعندما تتضمن إحدى التجارب استخدام الليزر، فمن الصعب المجادلة بالنتائج، ولماذا ينتج عن ذلك إلى حد ما رقم صحيح ؟ هذا ليس مصادفة بالتأكيد، حيث يتم تعريف طول المتر باستخدام هذا الثابت بأنه طول المسيرة الذي يقطعه الضوء في الفراغ خلال فاصل زمني من 1 / 299،792،458 من الثانية .

 

 

تاريخ إكتشاف سرعة الضوء :

سرعة الضوء

 

قبل بضع مئات من السنين، كان متفقا بشكل عام أو على الأقل يُفترض أن سرعة الضوء كانت لا نهائية، وإن سرعة الضوء أبطأ قليلا من أسرع شيء في الكون المعروف، وأول شخص معروف يشكك في أن سرعة الضوء هو شيء لانهائي كان الفيلسوف إمبيدوكليس في القرن الخامس قبل الميلاد، وبعد أقل من قرن، إختلف أرسطو مع إمبيدوكليس وأستمر الحجة لأكثر من 2000 سنة بعد ذلك .

 

كان من أوائل الأفراد البارزين الذين قاموا بالفعل بتجربة ملموسة لإختبار ما إذا كان الضوء لديه سرعة بالفعل هو العالم الهولندي إسحاق بيكمان في عام 1629، على الرغم من أنه عاش في وقت ما قبل اختراع الليزر، وقد فهم بيكمان أن أساس أي تجربة علمية جيدة تتضمن تفجيرات من نوع ما، وهكذا، تضمنت تجربته تفجير البارود .

 

وضع بيكمان مرايا على مسافات مختلفة من الإنفجار وطلب من المراقبين ما إذا كانوا يستطيعون رؤية أي إختلاف في الوقت الذي وصلت فيه فلاش الضوء المنعكس من كل مرآة إلى أعينهم، ولكن يمكن أن تخمن أن التجربة كانت غير حاسمة .

 

ربما أجريت تجربة مماثلة أكثر شهرة لا تنطوي على إنفجارات أو على الأقل إقترحها جاليليو جاليلي بعد أقل من عقد من الزمن في عام 1638، وقد مال جاليليو إلى رأي بيكمان، بأن سرعة الضوء لم تكن لا نهائية وكان هناك مرجع عابر لتجربة تنطوي على الفوانيس في بعض أعماله، وقد شملت تجربته وضع إثنين من الفوانيس على بعد ميل واحد، ومحاولة معرفة ما إذا كان هناك أي تأخر أو فترة فاصلة ملحوظة بين الإثنين، وكانت النتائج غير حاسمة، والشيء الوحيد الذي إستطاع جاليليو أن يستخلصه هو أنه إذا لم يكن الضوء لا نهائيا، فقد كان سريعا، وأن التجارب على مثل هذا النطاق الصغير كانت تتجه إلى الفشل .

 

جاء عالم الفضاء الدانماركي أوول رومر ودخل في شجار لدرجة أن قياس سرعة الضوء أصبح خطيرا ومهما في ذلك الوقت، والتجربة التي جعلت من جاليليو يضيء الفوانيس على تلة تبدو كمشروع عادل في مدرسة إبتدائية، فقرر أوول رومر أنه في حالة عدم وجود أشعة الليزر والإنفجارات، يجب أن تتضمن التجربة الفضاء الخارجي دائما، وهكذا، بنى ملاحظاته على حركة الكواكب نفسها معلنا نتائجه الرائدة في 22 أغسطس 1676 لإستنتاج سرعة الضوء.

 

على وجه التحديد، أثناء دراسة أحد أقمار المشتري، لاحظ رومر أن الوقت بين الخسوف سيتغير على مدار العام "بناء على ما إذا كانت الأرض تتحرك نحو كوكب المشتري أو بعيدا عنه"، وفضلا عن هذا، بدأ رومر بتدوين ملاحظات دقيقة حول الوقت الذي سيظهر فيه أيو "القمر الذي كان يراقبه" وكيف يرتبط بالوقت الذي كان يتوقع فيه عادة أن يراه، وبعد فترة، لاحظ رومر أنه عندما تدور الأرض حول الشمس بدورها إبتعدت عن كوكب المشتري، وإن الوقت الذي سيشاهد فيه أيو سوف يتأخر عن الوقت المتوقع في ملاحظاته، وصمم رومر "بشكل صحيح" أن هذا يرجع إلى أن الضوء المنعكس من أيو لم يكن يسافر على الفور .

 

لسوء الحظ، فقد رومر الحسابات الدقيقة التي استخدمها في حريق كوبنهاجن عام 1728 في إستنتاج سرعة الضوء، ولكن لدينا حسابا جيدا للأشياء من القصص الإخبارية التي تغطي اكتشافه ومن علماء آخرين في ذلك الوقت استخدموا أرقام رومر في عملهم الخاص، وكان جوهر ذلك هو أنه باستخدام مجموعة من العمليات الحسابية الذكية التي تتضمن قطر مدارات كوكب الأرض والمشتري، استطاع رومر أن يستنتج أن الأمر استغرق 22 دقيقة تقريبا حتى يتمكن الضوء من عبور قطر مدار الأرض حول الشمس .

 

وفي وقت لاحق، حول كريستيان هيغنز هذا الأمر إلى أرقام أكثر شيوعا، مبينا أن تقدير رومر يوضح، سافر الضوء إلى حوالي 220 ألف كيلومتر في الثانية، وهذا الرقم أقل "حوالي 27 ٪" من الرقم المذكور في الفقرة الأولى، ولكننا سنصل إلى ذلك في لحظة .

 

عندما عبر زملاء رومر بشكل مشكوك فيه عن نظريته حول إيو، أجاب رومر بإخبارهم بهدوء أن كسوف التاسع من نوفمبر في عام 1676 سيتأخر 10 دقائق، وعندما حان الوقت، كان المتشككون يقفون مندهشين حيث أن حركة الجرم الفضائي أعطى مصداقية كاملة لإستنتاجاته .

 

زملاء رومر كان لهم الحق في الذهول والإندهاش من نتائج رومر، وحتى اليوم ، يعتبر تقديره لسرعة الضوء دقيقا بشكل مثير للدهشة، مع الأخذ في الإعتبار أنه قد تمت الإستنتاجات قبل 300 عام من وجود كل من الليزر والإنترنت، حسنا، لقد كان 80،000 كيلومتر في الثانية بطيئا جدا، ولكن نظرا لحالة العلم والتكنولوجيا في ذلك الوقت، كان هذا مثيرا للإعجاب بشكل كبير، وخاصة إذا أخذنا بعين الإعتبار أنه كان يعمل في المقام الأول من حدس واحد .

 

الأمر الأكثر مدعاة للإعجاب هو أن السبب وراء تقدير رومر لكونه بطيئا قليلا، يعتقد أنه لا علاقة له بأي خطأ من جانبه، وأكثر من ذلك هو حقيقة أن القطر المقبول بشكل شائع لمداري الأرض والمشتري كان بعيدا عندما قام رومر بحساباته .

 

لذا على الرغم من أن رومر كان خاطئا من الناحية الفنية وعلى الرغم من أن جيمس برادلي توصل إلى رقم أكثر دقة في عام 1729، إلا أن رومر سوف يسجل في التاريخ بإعتباره الرجل الذي أثبت أولا أن سرعة الضوء ليست لا نهائية وعمل على تشكيل رقم منطقي دقيق بشكل معقول من خلال مراقبة تحركات بقعة صغيرة تدور حول كرة غازية عملاقة على بعد حوالي 780 مليون كيلومتر .

مقالات مميزة