سرعه الضوء كيف تم قياسها؟

سرعه الضوء كيف تم قياسها؟    

          نعلم الان ان  سرعة الضوء هي تقريبًا 300 ألف كم/ثانية.    اذن كيف نستطيع أن نقيس شيئا بهذه السرعة الهائله ؟            يمكنك أن تدور بهذه السرعه حول كوكب الأرض سبعه دورات ونصف كامله خلال ثانية واحده فقط!!!  

تجربه جاليليو لقياس سرعه الضوء  

                          من أولى المحاولات لقياس سرعه الضوء ، كانت محاوله العالم الفلكى الشهير "جاليليو جاليلي" في أوائل القرن السابع عشر الميلادى ، فقد حاول بامكانيات عصره المتواضعه وقتها ، أن يحدد و يقيس سرعة الضوء ،  وقام باجراء التجربه الشهيره له كالتالى:

فأرسل بشخصين يحمل كل منهما مصباحا مضاءا ويبعدان  مسافة ميل واحد  عن بعضهما البعض، ثم بعد ذلك يعطي اول شخص منهما للآخر إشارة ضوئيه بالمصباح  .                       وكان على الشخص الثاني بمجرد رؤيه الاشاره الضوئيه  أن يرد عليه بإشارة أخرى بمصباحه ،  ويتم تكرار العمليه عدد من المرات  بفترات زمنيه منتظمه  .                                         وقام العالم "جاليليو" بحساب الزمن  بين إطلاق أولهم  الإشارة الضوئيه واستجابة الشخص الآخر للرد عليه  .       ليرى أن الفارق بينهما كان واضحا ،  وهو الفتره الزمنيه التى  يحتاجها الضوء ليقطع مسافة ميل كامل، لكن التجربة باءت بالفشل ، ولم تحقق الهدف منها .

لأن الضوء بسرعته المعروفه الهائله ، يقطع تلك المسافة القصيره ( ميل واحد)  في جزء من مئة ألف جزء من الثانية . وبالطبع لا يمكن ملاحظه تلك المدة الزمنيه البالغه الصغر ، بوسائل جاليليو  العاديه او بالعين المجرده .                       

   وقد سجل "جاليليو" ملاحظته بأن سرعة الضوء أكبر من أن تقاس بهذة التجربة البسيطه ، و ربما هي أكبر بحوالى عشره اضعاف سرعة الصوت .  

 

تجربه رومر لقياس سرعه الضوء 

   و لم تمر عده اعوام  على محاوله جاليليو السابقه ، و جاء احد العلماء من الدانمرك وهو "أولي رومر" بتجربة اخرى  ولكن فعاله  كما سنرى :                                                           تلسكوب رومر وبرادلي

في القرن السابع عشر الميلادى وكانت تلك الفترة مزدهرة ، بالنسبه للكشوف والرحلات البحريه،

 كانت اهم المشكلات التى تشغل البحاره والملاحين ،هى  تحديد توقيت واحد و مناسب  لكل البحارة من كل الموانيء التجاريه ، يتم الالتزام به، حتى تنتظم رحلاتهم بتوقيت واحد. لم تكن بهذا الزمن  ساعات .

 أو أدوات تمكنهم -في داخل البحر- من قياس وتزامن  الوقت، هنا فكر العالم  "أوول رومر" الفلكي الدنماركي فى استخدام تقارير  "جاليليو" عندما قال انه يمكن لنا استخدام خسوف أقمار المشتري الاربعه ، المنتظم بدقة في قياس الزمن ..   وكانت فى تلك الفترة  ( فترة الخسوف) يمكن للبحارة والملاحين داخل البحار ، استخدام التلسكوبات الصغيرة، ومراقبه زمن دخول أحد أقمار المشتري الكبري  الأربع        القمر -آيو IO مثلا- في منطقة الخسوف  بدقة، ولكن لكن ظهرت مشكله جديده :    لاحظ (رومر) إن مواقيت خسوف قمر كوكب المشتري ، تتغير عن الميعاد  المتوقع لها ، وذلك بسبب تغير بُعد الأرض عن كوكب المشتري فى أثناء دورانهما حول الشمس فى مداريهما ، بحيث يتغير الموعد المتوقع للخسوف بحسب المسافه بينهما ، وهذه المسافة تزيد عندما تكون الأرض أبعد ما يمكن عن المشتري .                          وتقل بالطبع عندما تكون الأرض أقرب ما يمكن من المشتري، و ايضاحين تكون الأرض في منتصف المدار ، وعلى ذلك يصبح الفارق وسطياً بين الحسابين .     

                                   صعب ذلك الأمر المعقد على البحارة ،  استخدام هذه الفكرة لتحديد نظام توقيت موحد خاص بهم .     

                    فأهملها  وتركها الجميع، لكن "رومر" العالم العنيد استمر في الرصد وتسجيل البيانات ...                                            وبعد الدراسه توصل "رومر"  إلى فكرة تقول :                   ربما ان المشكلة المذكوره لا توجد  في حركة القمر "آيو"        أو في ظل المشتري المسبب للخسوف ، و لكن المشكلة أن للضوء (سرعة محددة) ،                                               وبذلك يحتاج الضوء وقتا أطول حتى يصل الى الأرض .      حينما تكون فى الموقع الأبعد عن كوكب المشتري .              قام "رومر" بصياغه معادلاته الرياضيه ،  لكنه وقع فى خطأ في حساب التغير في الموعد، فسجل سرعة الضوء على أنها 200 ألف كيلومتر في الثانية ، وهو فارق كبير  بالفعل عن سرعه الضوء الحقيقيه ..

كانت طريقة حساب العالم الفلكى  "رومر"  دقيقة للغاية .     ومع وضع سرعه الضوء الصحيحه  يكون الناتج دقيقا،        ولكننا  فى ذلك الزمن كنا على بعد حوالى 50 عاما من التجربة ألاكثر دقة فى تحديد سرعه الضوء. 

 

التزيّح الضوئي Parallax 

يفسر بانه  التغير الظاهري في موقع الشيء المرصود ، بسبب تغير موقعنا نحن الراصدين على الأرض  .                            لفهم الامر نأخذ مثالا كالعادة : عندما  تلاحظ انت أن الشمس أثناء وقت  الغروب فى السماء  موقعها فوق مئذنة البلدة .    ثم بعد ذلك تتحرك انت بسيارتك للأمام مسافة ما، وتنظر للشمس فتراها الآن فى موقع اخر ، مثلا فوق منزل مجاور .    يحدث ذلك عندما تدور الأرض  فى مدارها حول الشمس .    ويكون قطر ذلك المدار  حوالي 300 مليون كيلومتر، مما يتسبب في تغير و انحراف لمواقع النجوم والاجرام السماويه التي نرصدها ، بالنسبة لنقطة ثابته .                                  نلاحظ ذلك ايضا ،عندما  نرصد نجم معين فى فصل الصيف ثم نعود  ونرصده فى فصل الشتاء ،  سوف نرى أن موقعه قد تغير وانحرف أو "تزيح" .        وكلما كان موقع النجم قريبا من الارض  كان التغيير  واضحا. 

تجربه برادلى لقياس سرعه 

            عندما حاول العالم جيمس برادلى  

قياس إزاحة نجم "جاما دراجون" في كوكبةالتنين ،

اكتشف مشكلة غريبة في القياس.

لقد تحرك النجم على شكل قطع ناقص كبير يبلغ قطره

41 ثانية قوسية ؛ في الواقع ، أسفرت قياسات عدة

          مجموعات أخرى

من النجوم أيضًا عن نفس النتائج ، فالجميع

             يتحرك بنفس الطريقة ،  

  يشبه ذلك الأمر عندما تكون واقفا تحت المطر، سوف توجه المظلة بيدك الى الأعلى تماما ، أما عندما تجري مثلا فسوف يبدو المطر يسقط مائلا وسوف تضطر الى ان توجه المظلة للأمام لمواجهه المطر .                                                     ظل "برادلي" في حيرة زمنا طويلا ، الى ان اكتشف أن المشكلةلا تتعلق بموضوع تغير الموقع او ( التزيح ) ، لكن لها علاقة وثيقه بسرعة دوران الأرض حول الشمس .              لفهم ذلك الأمر : 

تخيل أنك تستقل قطارا متوقفا على المحطه  تحت الامطار عندما تنظر من النافذة  وتراقب اتجاه سقوط المطر ستراه يسقط فى اتجاه رأسي تماما ، أما عندما يتحرك القطار ويتسارع ، نرى من النافذة إن المطر يبدو أنه  يسقط باتجاه  مائل ،  وكلما ازدادت سرعة سير القطار يزداد الميل الظاهري للمطر وانت بداخل القطار ذلك بالضبط هو ما يحدث عندما نرصد النجوم، فإن الضوء الساقط منها بشكل رأسي على الأرض لا يظهر رأسيا؛ لأن الأرض تتحرك بسرعتها فى مدارها ....                                وهنا استطاع  "برادلي" بإستخدام  قوانين حساب المثلثات ،من قياس زاوية الميل لشعاع الضوء القادم من النجم ، محل الرصد ، وتمكن اخيرا من أن يعطي تقدير مقارب للغايه   لسرعة الضوء ، وكان تقديره ( 301 ألف كيلومتر في الثانية)

حسنًا ، بالعودة إلى الأرض ،كانت طريقة جاليليو صحيحة.  لكن المسافة بين الشخصين كانت ضعيفة للغاية ، لذا فإن المسافة الهائلة بين الأرض والمشتري أو النجوم في أعماق الخلفية السماوية تسمح لنا بقياس سرعة الضوء بطريقة أبسط.

تجربه فيزوو لقياس سرعه الضوء 

توصل الفيزيائي الفرنسي Viso الى فكرة بسيطة ، وكانت تجربته كالتالى :                      أتى بمصدر الضوء  يبعث شعاع ضوئي إلى المرآة  الموضوعه على مسافة ثمانية كيلومترات من مرآه  أخرى،  ليصطدم بالمرآة وينعكس مرة أخرى إلى مصدر الضوء ، ولكن فى طريق الشعاع الضوئي  ، نضع ترسًا بفتحات متساويه المسافه..   ويتم تدويره بواسطة محرك عالي الطاقة ، و هنا  عند عوده الشعاع الضوئي  قد يمر الضوء من فتحات التروس ، وقد يصطدم بالجزء الصلب من الترس ، لذلك لن يعود إلى مصدر الضوء مرة أخرى. هنا ، يقوم "VISO" بضبط سرعة المحرك ؛ ليمر الشعاع ذهابا من فتحه الترس وعند انعكاسه يمر من الفتحه التاليه ، وبهذه الطريقة يمكن قياس المسافة بين الفتحتين.                                              وسرعه دوران الترس ، حتى نتمكن من قياس سرعة  الضوء وتوصل فى تجربته الى ان سرعه الضوء تبلغ 313 كم / ثانية ، أي بنسبه خطأ ما يقرب من 4٪ من النتيجة الدقيقة.

تجربه ميكلسون لقياس سرعه الضوء 

.بطريقة مماثلة ، في عام 1920 ، أجرى الفيزيائي الأمريكي ألبرت ميكلسون 4 تعديلات دقيقة ومهمة جدًا على تجربة Fizo ، مضيفًا ثماني مرايا ، تدور بسرعات مختلفة ، على مسافة 35 كيلومترًا ، من خلال سرعة دوران المرآة ، فريق ميشيلسون كان قادرًا على قياس سرعة الضوء عن طريق قياس سرعة دوران المرآة ، والتي تختلف قليلاً عن القيمة المعروفة. إنه 299.796 زائد أو ناقص 4 كيلومترات.

سرعة الضوء بقياسك (أنت)

أما بالنسبة للصورة الحديثة لسرعة الضوء فقد تم تطويرها نتيجة الحرب العالمية الثانية ، فنحن بحاجة إلى قياسات دقيقة لتحديد سرعة الضوء حتى نتمكن من التحكم في الرادار الخاص بنا وإرسال الرموز إلى الطائرات والغواصات على متنها. . كان مركز هذه القياسات عبارة عن تجربة أجرتها الفيزيائية البريطانيةLouise Aise ، التي حولت موجتين إلى موجات ركود في ذلك الوقت.

 أفران الميكروويف لها نفس التردد والسعة ، ولكن في الاتجاه المعاكس في منطقة معينة. 8 ميكرون.

 يمكن أن تحدد هذه التجربة قراءة دقيقة عن سرعة الضوء تبلغ 299.792.5 كم / ساعة ، من أجل فهم أفضل لطريقة AISN.

قياس سرعة الضوء في المنزل 

يمكنك إجراء هذه التجربة لقياس سرعه الضوء بنفسك في المنزل.

 ما تحتاجه هو جهاز ميكروويف، أزل منه الطبق الدوار، وضع بطول الميكروويف قطعة شيكولاتة طويلة، ثم أدر الجهاز لمدة دقيقة واحدة، ما سوف يحدث هو أن موجات الميكروويف هي موجات راكدة، تهتز فقط لأعلى ولأسفل في نفس المكان، في منطقة العقد بين الاهتزازات تكون طاقة الموجة أقل ما يكون، بينما تكون أعلى ما يكون في مناطق الموجات؛ لذلك حينما تخرج قطعة الشيكولاتة سوف تجد على سطحها مجموعة من النقاط التي انصهرت، والنقاط الأخرى التي لم تبدأ في الانصهار بعد.

الآن قم بحساب المسافة بين نقطتين منصهرتين على سطح قطعة الشيكولاتة، تلك هي نصف طول الموجة، يمكن بعملية حسابية بسيطة أن تضرب تلك القيمة في 2 للحصول على طول موجة كاملة، ثم بعد ذلك قم بضرب تلك القيمة في تردد الجهاز خاصتك -مدون في خلفية كل جهاز- وسوف تحصل على سرعة الضوء بشكل دقيق جدا،    

انه العلم يا أصدقاء،  دوما يدفعنا للامام،،،،، 

ارجو ان اكون قد اوضحت الامر ببساطه ،،،،،  تحياتى