إنجازات العلماء في قياس سرعة الضوء وتطوراتها

في هذا المقال، سنستعرض إنجازات العلماء في مجال قياس سرعة الضوء وأهميتها، حيث يُعتبر الضوء أحد الظواهر المحيطة بنا بشكل مستمر. وعلى الرغم من ذلك، فإن الكثير منا لا يعرف الكثير عن خصائصه. تابعوا المقال معنا لمعرفة المزيد من التفاصيل والتطورات في هذا المجال.

تعريف سرعة الضوء :

• تشير سرعة الضوء في مجال الفيزياء إلى سرعة انتقال الضوء عبر الفراغات المختلفة في الكون.
• تقدر هذه السرعة بحوالي 300,000 كيلومتر في الثانية، وهو ما يعادل مليار كيلومتر في الساعة.
• سرعة الضوء هي السرعة القصوى التي يمكن أن تنتقل بها المعلومات أو المادة في الفضاء.
• تعتبر سرعة الضوء أيضًا السرعة التي تتحرك بها الجسيمات عديمة الكتلة في الفراغ.
• تشير الرموز المستخدمة لسرعة الضوء إلى “c”، والنسبة بين سرعة الضوء في الفراغ وسرعة الضوء في أي مادة أخرى تُعرف باسم معامل الانكسار.
  • ويمكن حساب سرعة الضوء في أي مادة من خلال قسمة القيمة c على معامل انكسار تلك المادة.

17 إنجازًا علميًا حول قياس سرعة الضوء :

1. شهد قياس سرعة الضوء العديد من المراحل والتحديات، وكانت هذه العملية محط اهتمام كبير للعلماء.
   1. من بين هؤلاء كان العالم جاليليو الذي أجرى تجارب لقياس سرعة الضوء.
2. يتم احتساب سرعة الضوء من خلال الزمن الذي يحتاجه الضوء لتقطع مسافة معينة، مما يعني أن سرعة الزمن تعتبر لانهائية.
3. أجرى العلماء مجموعة من التجارب التي اقتربت نتائجها من الحقيقة بشكل ملحوظ.
   1. أحد أبرز هذه التجارب كانت تلك التي قادها العالم جيمس برادلي، حيث قيَس الضوء عن طريق “زيغ الضوء”.
4. في نهاية القرن التاسع عشر، استطاع كل من ميكلسون ومورلي أن يكتشفا أن سرعة الضوء تمر عبر أجهزة دقيقة للغاية.
5. استمرت جهود قياس سرعة الضوء حتى وصلوا إلى القيمة التي توصل لها العالمان ميكلسون ومورلي.
   1. كانت هذه القيمة هي الأقرب للحقيقة في ذلك الوقت.
6. في القرن السابع عشر، خلص العالم إسحاق نيوتن إلى أن الضوء يتكون من جسيمات صغيرة، وذلك بناءً على تفسيره لظاهرة الإشعاع المستقيم.
7. لاحقًا، تطور العالم كريستيان هوجنز نظرية الموجات في عام 1800.
8. تبلغ سرعة الضوء حوالي 299,792,458 مترًا في الثانية، أو ما يعادل 186,282 ميلاً في الثانية.
9. تعتبر سرعة الضوء مقدارًا ثابتًا، ولا يمكن لأي جسم أو مادة أن تتجاوز سرعة الضوء.

معلومات عن اختلاف سرعة الضوء بين الأوساط المختلفة:

1. تتفاوت سرعة انتقال الضوء من خلال الزجاج، بحيث تكون أدنى بكثير من سرعته في الفراغ، حيث تساوي تقريبًا ثلثي سرعته في الفراغ.
   1. ترجع هذه الظاهرة إلى طبيعة الضوء.
2. سرعة الضوء أسرع بكثير من سرعة الصوت.
3. يُعتبر الضوء المرئي جزءًا من الطيف الكهرومغناطيسي، حيث يمتد بين الطول الموجي 700 نانومتر و400 نانومتر.
   1. يشير ذلك إلى نطاق واسع من الألوان المرئية لنا.
4. في عام 1970، شهدت طرق قياس سرعة الضوء تطورًا ملحوظًا بفضل استخدام الليزر والساعات الذرية، مما حسّن دقة القياس.
5. معامل انكسار الضوء في الفراغ يساوي 1، في حين أنه يساوي 1.003 في الهواء، و1.33 في الماء.
   1. ويصل إلى 1.36 في الكحول، و1.52 في الزجاج.
6. تظل سرعة الضوء في الفراغ ثابتة، وتبلغ حوالي 300,000 كيلومتر في الثانية.
7. الضوء الذي نراه من النجوم قد استغرق سنوات عديدة للوصول إلينا، مما يعني أننا نشاهد هذه النجوم كما كانت في الماضي.
   1. هذا يعكس طبيعة الوقت والضوء في الفضاء.

هل تكون سرعة الضوء ثابتة؟

• يتساءل العديد عما إذا كانت سرعة الضوء مقدارًا ثابتًا، وفي هذا المقال سنوضح ذلك.
• ينتقل الضوء عبر الموجات الضوئية من مكان لآخر.
  • تعتمد سرعة الضوء بشكل مباشر على الوسط الذي يسير فيه.
• لا توجد مواد أو أجسام أسرع من سرعة الضوء في الفراغ، ولكن عند انتقال الضوء عبر وسط غير الفراغ، قد تؤثر عوامل أخرى على سرعته.
• على سبيل المثال، عندما يمر الضوء عبر الهواء المليء بالغبار، يُمكن أن تتأثر سرعته بسبب تصادم جسيمات الغبار مع جزيئات الهواء.
  • نتيجة لهذا يحدث انخفاض في سرعة الضوء في ذلك الوسط.

سرعة الضوء في الماء :

• تتأثر سرعة الضوء في الماء بالظروف المحيطة.
• في حال عدم وجود وسط، فإن الضوء يكون في أقصى سرعته.
• ومع ذلك، إذا كانت هناك عوامل مثل الغبار في الماء، قد ينتج عن ذلك تصادمات تؤدي إلى انخفاض سرعة الضوء.
  • والدرجة التي ينخفض بها سرعة الضوء تعتمد على الوسط المحيط به، والتي تُعرف بدليل الانكسار.
• عادةً ما تكون قيمة دليل الانكسار أعلى من 1.
• تبلغ قيمة دليل الانكسار في الهواء حوالي 1.0003، وهو قريب جدًا من دليل الانكسار في الفراغ الذي يساوي 1.
• يمكن حساب سرعة الضوء في الماء على النحو التالي: 299,792,458 / 1.33 = 225,407,863.16 مترًا في الثانية.
• تختلف سرعة الضوء في الماء عنها في الهواء، مما يؤدي إلى انكسار ضوء الشمس.
• علاوة على ذلك، يتم امتصاص الضوء في الماء، مما يجعله يظهر غالبًا في البحار على عمق لا يتجاوز عشرة أميال من سطح الماء.
• لا يستطيع الضوء الانتقال لأكثر من 150 مترًا في حالة المياه النقية خالية الشوائب.