光の速さの求め方

光の速さは非常に高速で人間の感覚ではその速さを認識することすらできませんが、現在では科学的に正確に定義づけられています。299792.458 km/sです。でも昔はどうやって求めたのでしょうか?過去に、3人の学者が三者三様の光の速さの求め方をしています。

光の速さは、どのようにして求めたのか

この話には3人の学者が登場します。

ガリレオ・ガリレイ
Galileo Galilei

ユリウス暦1564年2月15日 – グレゴリオ暦1642年1月8日

イタリアの物理学者、天文学者、哲学者。

オーレ・クリステンセン・レーマー
Ole Christensen Rømer

1644年9月25日 – 1710年9月19日

デンマークの数学者、天文学者。

アルマン・イッポリート・ルイ・フィゾー
Armand Hippolyte Louis Fizeau

1819年9月23日 – 1896年9月18日

フランスの物理学者。

2人の信号の時間差で測定しようとしたガリレオ・ガリレイ

ガリレオは、遠く離れた2人のうち1人が光を出し、それを感知した相手が光を出して、その往復に要した時間から光の速さを求めようとしました。

しかし、光速があまりに高速なため、この実験方法では正確な値を得ることは出来ませんでした。

天体の食の時間差から求めたレーマー

ガリレオの実験から約40年後、レーマーは木星の衛星であるイオが木星の影に隠れて見えなくなる食(しょく)の時間が最大22分も違いがあることに気づき、そこから光速を求めようと試みました。

木星と地球が最も遠い時というのは地球と木星が太陽を挟んで反対側に位置する時です。つまり、地球と太陽の距離の2倍の距離で22分の差が生じたことになります。

当時、既に太陽と地球の距離は概算として1億3800万 kmと求められていたので、そこから約20万 km/sと求めました。

現在、地球と太陽の距離は約149,600,000 km(1億4960万 km)とされています。

太陽と地球の距離:13800
22分:1320秒

13800*2/1320=20.90909...万 km/s

歯車を使って求めたフィゾー

フィゾーは、高速で回転する歯車の谷から出した光を8.6 km先にある鏡に反射させ、返ってきた光が歯車の山に当たって観測できない時があることを利用して光速を求めました。

この実験で、720の歯を持つ歯車の回転を徐々に速くしていき、1秒間に12.6回転させた時、返ってくる光を観測できませんでした。ここから、次のような計算で光速を割り出しています。

距離:8.6*2=17.2 km
歯車1回転:1/12.6秒
歯車の山と谷の数:720*2

8.6*2/{1/12.6 * 1/(720*2)}
=9*2*12.6*720*2
=312077
=約31万 km/s

天文学, 光学

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