Mục lục
Vận tốc ánh sáng là 229.729,458 mét mỗi giây, các nhà khoa học đã nỗ lực đo đạc trong suốt chiều dài lịch sử nhằm xóa bỏ những sai số để có được con số chính xác như ngày hôm nay ta thấy. Bài viết giới thiệu tốc độ ánh sáng và lịch sử cơ sở lý thuyết.
1. Vận tốc ánh sáng là bao nhiêu?
Vận tốc ánh sáng (hay tốc độ ánh sáng) trong chân không là 186.282 dặm mỗi giây, nói một cách chính xác là 299.729,458 mét mỗi giây. Mặc dù trong bầu khí quyển của Trái đất, tốc độ ánh sáng có giảm nhưng vẫn nhanh như trong chân không. Khi đi qua một viên kim cương, nó giảm tốc độ xuống dưới một nửa tốc độ ban đầu. Lúc này, tốc độ của nó là 124.000.000 m/s. Tốc độ ánh sáng được ký hiệu là “c”.
Về mặt lý thuyết không có gì có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng. Ánh sáng của Mặt trời mất 8 phút 17 giây để đi hết quãng đường tới Trái đất. Nếu một người có thể đi với tốc độ ánh sáng thì người ấy có thể đi quanh Trái đất 7,5 lần trong một giây hoặc lên mặt trăng trong khoảng 9 giây.
Các nhà khoa học ban đầu không thể cảm nhận được chuyển động của ánh sáng. Họ chỉ cho rằng nó phải truyền đi ngay lập tức. Tuy nhiên, theo thời gian, các phép đo chuyển động của các hạt giống như sóng này ngày càng chính xác hơn. Nhờ công trình của các nhà khoa học, giờ đây chúng ta hiểu tốc độ ánh sáng là một giới hạn.
Vận tốc ánh sáng đã được con người quan tâm từ lâu2. Lịch sử lý thuyết
Từ thời cổ đại các nhà khoa học và nhiều người khác đã muốn biết thêm về ánh sáng.
2.1. Những cơ sở ban đầu
Bài diễn thuyết đầu tiên được biết đến về vận tốc ánh sáng đến từ nhà triết học Hy Lạp cổ đại Aristotle. Ông đã đưa ra quan điểm bất đồng với một nhà khoa học Hy Lạp khác là Empedocles. Empedocles lập luận rằng bởi ánh sáng có thể di chuyển và nó phải mất thời gian để tới nơi. Còn Aristotle lại tin rằng ánh sáng truyền đi tức thì.
Năm 1667, nhà thiên văn học người Ý Galileo Galilei thực hiện một thí nghiệm. Trong đó có hai người đứng trên một ngọn đồi ở khoảng cách chưa đầy một dặm. Mỗi người cầm một chiếc đèn lồng được che chắn. Một người bắt đầu mở chiếc đèn lồng của mình để người kia nhìn thấy.
Đến lần thứ hai thử nghiệm khi ông quan sát thời gian phản ứng của người còn lại khi thấy ánh sáng. Cuối cùng Galileo cũng phát hiện ra tốc độ của ánh sáng. Thật không may, khoảng cách của Galileo quá nhỏ để có thể nhìn thấy sự khác biệt. Vì vậy ông chỉ có thể xác định rằng ánh sáng truyền đi nhanh hơn âm thanh ít nhất mười lần.
2.2. Đo được vận tốc ánh sáng
Vào những năm 1670, nhà thiên văn học Đan Mạch Ole Römer đã sử dụng nguyệt thực của Sao Mộc làm máy đo tốc độ ánh sáng thực đầu tiên. Trong vài tháng, khi mặt trăng (vệ tinh của sao Mộc) đi về phía sau hành tinh khí khổng lồ, Römer nhận thấy rằng nguyệt thực đến muộn hơn so với những tính toán dự đoán.
Từ đó, ông xác định rằng ánh sáng cần có thời gian để truyền từ mặt trăng đó đến Trái đất. Nguyệt thực trễ nhất khi sao Mộc và Trái đất ở xa nhau nhất. Và đúng lịch trình khi chúng ở gần nhau hơn.
Römer thuyết phục rằng ánh sáng lan truyền trong không gian với một vận tốc nhất định. Và đó là 125.000 dặm mỗi giây (200.000 km/s). Ông kết luận rằng ánh sáng mất từ 10 đến 11 phút để đi từ mặt trời đến Trái đất. Đây là một ước tính quá cao vì thực tế nó mất 8 phút 19 giây.
Năm 1728, nhà vật lý người Anh James Bradley dựa trên các tính toán của mình về sự thay đổi vị trí biểu kiến của các ngôi sao do Trái đất di chuyển quanh mặt trời. Ông tính vận tốc ánh sáng là 185.000 dặm mỗi giây (301.000 km/s).
Albert Michelson sinh ra ở Phổ, lớn lên ở Hoa Kỳ, đã cố gắng sao chép phương pháp của Foucault vào năm 1879 nhưng sử dụng khoảng cách xa hơn, cũng như gương và thấu kính chất lượng cực cao. Kết quả thu được là 186.355 dặm mỗi giây (299.910 km/s). Con số này được chấp nhận như là việc đo lường chính xác nhất của vận tốc ánh sáng trong suốt 40 năm.
Nhà vật lý người Pháp Hippolyte Fizeau thiết lập một chùm ánh sáng trên một bánh xe có răng chuyển động nhanh. Cùng với một tấm gương cách đó 5 dặm để phản xạ ánh sáng trở lại. Thay đổi tốc độ của bánh xe cho phép Fizeau tính được thời gian mất bao lâu để ánh sáng đi ra khỏi lỗ, đến gương và quay trở lại qua khe. Một nhà vật lý người Pháp khác là Leon Foucault, đã sử dụng một gương quay thay vì một bánh xe.
2.3. Vận tốc chính xác
Albert Michelson sinh ra ở Phổ, lớn lên ở Hoa Kỳ. Ông đã cố gắng sao chép phương pháp của Foucault vào năm 1879, nhưng sử dụng khoảng cách xa hơn, cũng như gương và thấu kính chất lượng cực cao. Kết quả thu được là 186.355 dặm mỗi giây (299.910 km/s). Con số này được chấp nhận như là việc đo lường chính xác nhất của vận tốc ánh sáng trong suốt 40 năm.
Nhà vật lý thiên văn Ethan Siegal viết trên blog khoa học Forbes, Starts With:
“Thí nghiệm – và công trình nghiên cứu của Michelson – mang tính cách mạng đến nỗi ông ấy trở thành người đoạt giải Nobel.”
3. Kết
Như vậy, ánh sáng đã được con người quan tâm từ rất lâu. Và có nhiều người nỗ lực tìm hiểu xem nó có thực sự di chuyển. Đã có những thí nghiệm nổi bật trong suốt chiều dài lịch sử để tìm ra vận tốc ánh sáng chính xác nhất cho đến ngày nay.
