وكان أول من أكد أن الضوء ينتقل بسرعة يمكن قياسها. ومن الممكن معرفة ذلك إذا تعمقنا في علم الفيزياء، فتجاربنا اليومية تظهر أن الضوء ينتقل لحظياً، فعندما نرى قطعة مدفعية تطلق من مسافة بعيدة، نلاحظ وصول البرق إلى أعيننا مباشرة دون توقف. على عكس الصوت الذي لا يصل إلى الأذن إلا بعد فترة طويلة. ومع ذلك، اعتقد العلماء والفلاسفة القدماء أن الضوء يجب أن يسافر لفترة معينة من الزمن.
تاريخ دراسة سرعة الضوء
أول مناقشة مسجلة لسرعة الضوء كانت على يد المفكر اليوناني أرسطو، الذي تبنى المقولة؛ ومن المفترض أن يستغرق هذا الضوء بعض الوقت ليصل إلى الأرض، لكن يبدو أن أرسطو نفسه اختلف معه، وحتى ديكارت كان يعتقد أن الضوء ينتقل في لحظة.
وفيما يتعلق بجاليليو، يشير إلى أنه لا يمكن استنتاج أي شيء من هذه الملاحظة المجردة حول سرعة الضوء، باستثناء أن الضوء ينتقل بشكل أسرع من الصوت. لكنه اقترح أيضًا طريقة محتملة لدراسة سرعة الضوء؛ الفكرة هي شخصين متباعدين، مع فوانيس مغطاة. أحدهما يعرض فانوسه، ثم الآخر يعرض فانوسه بمجرد رؤية الضوء من الأول، ويجب أن يمارس ذلك بدءًا من مسافة قريبة حتى يعتادوا على أوقات رد الفعل، ثم يجب أن يفعلوا ذلك من مسافة بعيدة. ميلين أو ثلاثة أميال، أو حتى ما يكفي لمعرفة ما إذا كان الفاصل الزمني قد زاد بشكل ملحوظ. ويقول جاليليو إنه أجرى التجربة بالفعل على مسافات أقل من ميل واحد، لكنه لم يتمكن من اكتشاف الفارق الزمني.
أول من أكد أن الضوء ينتقل بسرعة يمكن قياسها
أول من أكد أن الضوء ينتقل بسرعة يمكن قياسها هو الفلكي الدنماركي أولي رومر، الذي كان يعمل في مرصد باريس في ذلك الوقت، ولم يكن يبحث عن سرعة الضوء عندما اكتشفها. بدلاً من ذلك، قام بجمع الملاحظات من مدار IO، وهو الأعمق بين الأقمار الصناعية الأربعة الرئيسية لكوكب المشتري، والذي اكتشفه غاليليو في عام 1610. وكان رومر يأمل في تحديد قيمة دقيقة لمدار القمر الصناعي بحيث يكون هناك نوع من الساعة في السماء. . أثبتت هذه الدراسات في النهاية أنها غير عملية وتم التخلي عنها بعد تطوير الساعات البحرية الدقيقة. لكن بيانات IO تناولت بشكل غير متوقع مشكلة علمية أخرى: تحديد سرعة الضوء.
شرح لكيفية انتقال الضوء بسرعة يمكن قياسها
وبتوقيت هذه الخسوفات على مدى عدة سنوات، لاحظ رومر شيئًا غريبًا: الوقت بين الخسوفات المتعاقبة يقصر بشكل مطرد مع دوران الأرض نحو المشتري ويطول بشكل متناسب مع تحرك الأرض بعيدًا عن المشتري. ويقدر رومر أنه عندما تكون الأرض أقرب إلى كوكب المشتري.
يحدث الكسوف المداري لـ IO قبل حوالي 11 دقيقة من المتوقع بناءً على متوسط مداره على مدار سنوات عديدة. وبعد ستة أشهر ونصف، عندما كان بعيدا عن كوكب المشتري، حدث الكسوف بعد حوالي 11 دقيقة من الموعد المتوقع. وأدرك أن الفارق الزمني كان بسبب سرعة الضوء المحدودة. وهذا يعني أن الضوء الصادر من نظام المشتري ينتقل لمسافة أبعد ليصل إلى الأرض عندما تكون الكواكب على جانبين متقابلين من الشمس مقارنة بما تكون عليه عندما تكون قريبة من بعضها البعض. يقدر رومر أن الضوء يستغرق 22 دقيقة لعبور قطر مدار الأرض. ولذلك يمكننا حساب سرعة الضوء عن طريق قسمة قطر مدار الأرض على فارق التوقيت.
مساهمة أينشتاين في تأكيد أن الضوء ينتقل بسرعة ثابتة
وبحسب الدراسات اللاحقة، سواء كان مصدر الضوء يتحرك نحوك أو بعيدًا عنك، فإن الضوء ينتقل بسرعة ثابتة تبلغ 300 ألف كيلومتر في الثانية، على عكس ما يقوله المنطق الكلاسيكي والسليم. لقد أوضحت عبقرية أينشتاين سبب ثبات سرعة الضوء وعدم اعتمادها على سرعة المصدر أو الراصد. وفي عام 1905، أدرك أينشتاين والعالم الفرنسي هنري بوانكاريه أن فكرة الأثير كوسيلة للضوء غير ضرورية على الإطلاق، وبالتالي كان المرء مستعدًا للتخلي عن فكرة الزمن المطلق.
كما أدرك أينشتاين أن معادلات ماكسويل أدت إلى تناقض في قوانين الفيزياء لأنها قالت إذا تمكنت من الحصول على شعاع من الضوء، فسوف ترى موجة كهرومغناطيسية ثابتة، وهذا أمر مستحيل. لذلك افترض أينشتاين أن سرعة الضوء تلعب في الواقع دور السرعة اللانهائية في كوننا، وبالتالي لا يمكن لأي شيء أن يسافر أسرع من الضوء.
ولذلك فإن أول من أكد أن الضوء ينتقل بسرعة يمكن قياسها هو أولي رومر، وبعد ذلك كانت هناك دراسات بحثت في سرعة الضوء وأكدت المعادلات والنظريات التي تثبت ثباته.