سرعة الضوء 2012/11/6

المعتصم عبد الهادى- الصف التاسع

يعود تاريخ أول محاولة لقياس سرعة الضوء إلى عهد العالم الإيطالي غاليليو[ر] Galileo. ففي مطلع عام 1600 استعان بأحد مساعديه وأوعز إليه أن يصعد إحدى هضبتين وصعد هو هضبة أخرى¡ قاس غاليليو المسافة بين الهضبتين وحاول أن يقيس الزمن الذي يستغرقه الضوء كي يقطع المسافة بينهما¡ ولأنه كان يفتقر إلى وسائل لقياس الزمن بدقة¡ كشفت تجربته أن الضوء ينتشر بسرعة لانهائية.
يعود الفضل إلى الفلكي الدنيماركي أولاوس رومر[ر] O.Römer عام 1676 في إجراء أول محاولة جادة لقياس سرعة الضوء. فقد لاحظ فرقاً بين لحظة خسوف أحد أقمار المشتري¡ حين تكون الأرض في وضعها القريب من الشمس¡ ولحظة خسوفه¡ حين تكون الأرض في الوضع البعيد عن الشمس. وباستخدامه المعلومات الفلكية الشائعة في حينه عن المسافة بين وضعي الأرض هذين توصل إلى أن سرعة الضوء محدودة وتساوي 286000 كيلو متر في الثانية. وفي العام 1850 استخدم العالم الفرنسي أرماند فيزو Armand Fizeau الترتيب التجريبي المبين في الشكل (1) لقياس سرعة الضوء. فقد مرّر حزمة ضيقة من الضوء¡ من فتحة في دولاب مسنن دوَّار¡ فقطعت الحزمة مسافة طويلة حتى بلغت مرآة وارتدت منها إلى الدولاب المسنن. وإذا ضبطت سرعة دوران الدولاب المسنن والمرآة وسرعة دوران الدولاب التي تحقق ذلك توصل فيزو إلى أن سرعة الضوء هي:

c = 315 300 ±500 km/s


واستخدم العالم الفرنسي جان فوكو[ر] Jean Foucault مرايا دوّارة¡ لقياس سرعة الضوء¡ وتوصل إلى نتائج أكثر دقة¡ بسبب زيادة المسافة التي يقطعها الضوء إلى 92 كيلو متر وتوصل عام 1902 إلى أن:

c = 299 880 ±84 km/s

كما قاس فيزو وفوكو سرعة الضوء في الماء فوجدا أن سرعة الضوء في الماء أخفض من سرعته في الهواء خلافاً لما تتنبأ به النظرية الجسيمية التي تقدم بها اسحق نيوتن[ر] Issac Newton حول طبيعة الضوء وانتشاره والتي كانت ترى أن الضوء ينتشر بفضل جسيمات تنطلق من الجسم المنير¡ وتنتقل عبر وسط يسمى الأثير ether.

وقد بيّن جيمس كلارك ماكسويل J.C.Maxwell نظرياً أن الأمواج الكهرمغنطيسية تنتشر بسرعة تساوي سرعة الضوء¡ واستنتج أن الضوء ليس إلا جزءاً من طيف الأمواج الكهرمغنطيسية¡ وأن سرعة انتشاره ترتبط بسماحية الفضاء ε0 وبنفوذيته المغنطيسية

يلعب قياس سرعة الضوء دوراً مهماً في النظرية النسبية الخاصة لأينشتاين[ر] Albert Einstein¡ إذ تقرر هذه النظرية أن سرعة الضوء في الخلاء هي أعلى سرعة في الطبيعة. كما تنص على أن هذه السرعة هي ذاتها بالنسبة لجميع المراقبين¡ بمعنى أن سرعة الضوء c ثابت مطلق. وهي تدخل في معادلة أينشتاين التي تنص على تكافؤ الكتلة والطاقة وهي:

E = mc2

يعتمد أحدث قياس لسرعة الضوء على طريقة ابتكرها العالم البريطاني لويس إيسن Louis Essen عام 1950. وفيها يتم قياس تواتر ضوء مرئي f حبيس في تجويف ليزري تتولد فيه أمواج مستقرة طولها lλ¡ إذ تعطى عندها سرعة الضوء c بالعلاقة:

c = f lλ

للقياس الدقيق لسرعة الضوء تطبيقات عدة منها: قائس المسافة الليزري[ر] laser range finder¡ قياس انزياح القارات¡ وإنجاز القياسات الفلكية بدقة اعتماداً على طريقة التثليث triangulation method دونما حاجة إلى ضلع كبير في المثلث