Astronomie

Was war die Berechnung von James Bradley, um die Lichtgeschwindigkeit zu berechnen?

Was war die Berechnung von James Bradley, um die Lichtgeschwindigkeit zu berechnen?



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Wenn man sich die Geschichte der Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit bis zu dem, was wir heute kennen, ansieht, wird James Bradley oft erwähnt. Ihm wurde die Entdeckung der Aberration des Lichts zugeschrieben und die Aberration des Lichts verwendet, um die Lichtgeschwindigkeit zu berechnen. Es gibt viele Online-Quellen, die dies bestätigen, wobei das Entdeckungsjahr und die berechnete Lichtgeschwindigkeit hier und da unterschiedlich sind.

Ich habe Bradleys durchgelesen "Ein Brief von Reverend Mr. James Bradley Savilian, Professor für Astronomie in Oxford, und F.R.S. an Dr.Edmond Halley Astronom. Reg.-Nr. &c. Bericht über eine neu entdeckte Bewegung der Fix'd Stars" veröffentlicht in "Philisophische Transaktion, Band 35“, was seine Erkenntnisse über die Aberration des Lichts erklärt, aber die Berechnung der Lichtgeschwindigkeit nicht erwähnt.

Wie hat James Bradley die Lichtgeschwindigkeit berechnet und welche Veröffentlichung von ihm zeigt diese Berechnung?


Obwohl viele Online-Quellen James Bradley zuschreiben, die Lichtgeschwindigkeit auf 295.000 km/s (britannica) oder 301.000 km/s (wikipedia) berechnet zu haben, sollte eine kleine Nuance hinzugefügt werden. Wie Ole Romer vor ihm im Jahr 1676 berechnete James Bradley die Lichtgeschwindigkeit relativ zu etwas anderem, aber beide lieferten nie einen Wert in erdbasierten Einheiten.

Er schrieb,

Dies ist daher 20",2, AC wird zu AB sein, das ist die Geschwindigkeit des Lichts zur Geschwindigkeit des Auges (die in diesem Fall gleich der Geschwindigkeit der jährlichen Bewegung der Erde in ihrer Umlaufbahn angenommen werden kann) als 10210 to Eine, aus der es folgen würde, dass sich das Licht bewegt oder sich in 8' 12" von der Sonne zur Erde ausbreitet.

(Quelle)

Die Berechnung, um das Verhältnis von 10210 zu erhalten, lautet:

Größe im Bogenmaß (206265") / Aberrationswinkel (20",2)

Dieses Verhältnis gilt auch für die Lichtgeschwindigkeit zur Erdgeschwindigkeit. Ich bin mir jedoch nicht sicher, wie Britannica und Wikipedia zu ihren jeweiligen Werten gelangen.


Wie die Lichtgeschwindigkeit zuerst gemessen wurde

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beträgt „genau 299.792.458 Meter pro Sekunde“. Der Grund, warum wir sie heute genau beziffern können, ist, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum eine universelle Konstante ist, die mit Lasern gemessen wurde, und wenn ein Experiment mit Lasern durchgeführt wird, ist es schwer, mit den Ergebnissen zu argumentieren. Warum sie als ganze Zahl etwas auffällig erscheint, ist kein Zufall – die Länge des Meters wird mit dieser Konstante definiert: „Die Länge des Wegs, den das Licht im Vakuum während eines Zeitintervalls von 1/299.792.458 Sekunden zurücklegt .“

Vor einigen hundert Jahren wurde allgemein angenommen oder zumindest angenommen, dass die Lichtgeschwindigkeit unendlich ist, obwohl sie in Wirklichkeit nur sehr, sehr, sehr schnell ist – als Referenz, die Lichtgeschwindigkeit ist nur geringfügig langsamer als die schnellste Ding im bekannten Universum - die Reaktionszeit eines Teenagers, wenn Justin Bieber auf Twitter sagen würde: "Der erste, der auf diesen Tweet antwortet, wird meine neue Freundin sein."

Die erste bekannte Person, die die ganze Sache „Lichtgeschwindigkeit ist unendlich“ in Frage stellte, war der Philosoph Empedokles aus dem 5. Jahrhundert v. Weniger als ein Jahrhundert später widersprach Aristoteles Empedokles und die Auseinandersetzung dauerte mehr als 2000 Jahre an.

Einer der ersten prominenten Personen, der tatsächlich ein greifbares Experiment vorstellte, um zu testen, ob Licht eine Geschwindigkeit hatte, war der niederländische Wissenschaftler Isaac Beeckman im Jahr 1629. Obwohl er in einer Zeit vor dem Laser lebte – was mir beim bloßen Gedanken ein Schaudern bereitet – verstand Beeckman dasman , ohne Laser, sollte die Grundlage jedes guten wissenschaftlichen Experiments immer Explosionen irgendeiner Art beinhalten, also beinhaltete sein Experiment die Detonation von Schießpulver.

Beeckman platzierte Spiegel in verschiedenen Abständen von der Explosion und fragte die Beobachter, ob sie einen Unterschied sehen könnten, wann der von jedem Spiegel reflektierte Lichtblitz ihre Augen erreichte. Wie Sie sich wahrscheinlich vorstellen können, war das Experiment "nicht schlüssig".

Ein ähnliches, berühmteres Experiment, das keine Explosionen beinhaltete, wurde möglicherweise von Galileo Galilei knapp ein Jahrzehnt später im Jahr 1638 durchgeführt oder zumindest vorgeschlagen. Galileo vermutete ebenso wie Beeckman, dass die Lichtgeschwindigkeit nicht unendlich ist und machte vorübergehende Hinweise zu einem Experiment mit Laternen in einigen seiner Arbeiten. Sein Experiment (wenn er es überhaupt durchführte) bestand darin, zwei Laternen in einem Abstand von einer Meile zu platzieren und zu versuchen, zu sehen, ob es eine merkliche Verzögerung zwischen den beiden gab, die Ergebnisse waren nicht eindeutig. Das einzige, was Galileo vermuten konnte, war, dass das Licht, wenn es nicht unendlich wäre, schnell war und dass Experimente in so kleinem Maßstab zum Scheitern verurteilt waren.

Erst als der dänische Astronom Ole Römer in den Kampf eintrat, wurden die Messungen der Lichtgeschwindigkeit ernst. In einem Experiment, das Galileo-Blitzlaternen auf einem Hügel wie ein Projekt einer Grundschul-Wissenschaftsmesse aussehen ließ, stellte Römer fest, dass ein Experiment ohne Laser und Explosionen immer mit dem Weltraum verbunden sein sollte. So stützte er seine Beobachtungen auf die Bewegung der Planeten selbst und gab seine bahnbrechenden Ergebnisse am 22. August 1676 bekannt.

Insbesondere bei der Untersuchung eines der Jupitermonde bemerkte Römer, dass die Zeit zwischen den Sonnenfinsternissen im Laufe des Jahres variieren würde (je nachdem, ob sich die Erde auf Jupiter zubewegte oder sich davon wegbewegte). Neugierig darauf begann Römer, sich sorgfältig zu notieren, wann I0 (der Mond, den er beobachtete) in Sicht kam und wie er mit der normalerweise erwarteten Zeit korrelierte. Nach einer Weile bemerkte Römer, dass der Zeitpunkt, an dem Io in Sicht kam, hinter der in seinen Aufzeichnungen erwarteten Zeit zurückblieb, wenn die Erde die Sonne umkreiste und sich wiederum weiter vom Jupiter entfernte. Römer (richtig) theoretisierte, dass dies daran lag, dass das von Io reflektierte Licht nicht sofort reiste.

Leider gingen die genauen Berechnungen, die er verwendete, beim Kopenhagener Brand von 1728 verloren, aber wir haben einen ziemlich guten Bericht über die Dinge aus Nachrichtenberichten über seine Entdeckung und von anderen Wissenschaftlern zu dieser Zeit, die Römers Zahlen in ihrer eigenen Arbeit verwendeten. Der Kern davon war, dass Römer mit einer Reihe cleverer Berechnungen über den Durchmesser der Erd- und Jupiterbahn schlussfolgern konnte, dass das Licht etwa 22 Minuten brauchte, um den Durchmesser der Erdbahn um die Sonne zu durchqueren. Christiaan Huygens wandelte dies später in gängigere Zahlen um und zeigte, dass das Licht nach Römers Schätzung mit etwa 220.000 Kilometern pro Sekunde reiste. Diese Zahl weicht ein wenig (etwa 27%) von der im ersten Absatz angegebenen Zahl ab, aber dazu kommen wir gleich.

Als Römers Kollegen fast überall Zweifel an seiner Theorie über Io äußerten, antwortete Römer, indem er ihnen ruhig sagte, dass Ios Sonnenfinsternis am 9. November 1676 10 Minuten zu spät kommen würde. Als die Zeit gekommen war, standen die Zweifler verblüfft da, als die Bewegung eines ganzen Himmelskörpers seiner Schlussfolgerung Glauben verlieh.

Römers Kollegen waren mit seiner Einschätzung zu Recht erstaunt, denn seine Schätzung der Lichtgeschwindigkeit gilt auch heute noch als erstaunlich genau, wenn man bedenkt, dass sie 300 Jahre vor der Existenz der beiden Laser, des Internets und Conan O'Briensrien Haar. Okay, 80.000 Kilometer pro Sekunde waren es zu langsam, aber angesichts des damaligen Stands von Wissenschaft und Technik bemerkenswert beeindruckend, zumal er zunächst in erster Linie nur eine Ahnung hatte.

Was noch erstaunlicher ist, ist, dass der Grund für die etwas zu langsame Schätzung von Römer weniger mit einem Fehler seinerseits zu tun haben als vielmehr mit der Tatsache, dass der allgemein akzeptierte Durchmesser der Umlaufbahnen von Erde und Jupiter falsch war, als Römer hat seine Berechnungen angestellt. Das heißt ja, Römer hat sich nur geirrt, weil andere Die Leute waren in der Wissenschaft nicht so großartig wie er. In der Tat, wenn man die korrekten Umlaufbahnzahlen in seine ursprünglichen Berechnungen aus Berichten einfügt, bevor seine Papiere bei dem oben genannten Feuer zerstört wurden, ist seine Schätzung fast genau richtig.

Auch wenn er technisch falsch lag und James Bradley 1729 eine genauere Zahl aufstellte, wird Römer als der Typ in die Geschichte eingehen, der als erster bewies, dass die Lichtgeschwindigkeit nicht unendlich ist und eine einigermaßen genaue Ballpark-Zahl berechnete wie die genaue Geschwindigkeit war, indem man die Bewegungen eines Flecks beobachtete, der eine riesige Gaskugel umkreist, die etwa 780 Millionen Kilometer entfernt positioniert ist. Genau hier, meine Damen und Herren, macht ein Badass ohne Laser Wissenschaft.


Trotzdem kann man nicht willkürlich mit der Isotropie der Lichtgeschwindigkeit herumspielen, ohne die Maxwells-Gleichung zu modifizieren. Die Art oder funktionelle Form jeder Isotropie ist begrenzt. Innerhalb dieser Grenzen ist es eine Frage der Konversion.

Ich schlage eine Forumssuche vor, wenn Sie mehr Diskussion wünschen. Das Thema wurde hier auf PF schon mehrfach zu Tode geprügelt.

Unten auf dieser Seite finden Sie zahlreiche Links.

Zusammenfassung:: Auf ein YouTube-Video verweisen

Macht dieses Video überhaupt Sinn? Und wenn ja, ist es richtig oder falsch?

Das ist richtig. Die Einweg-Lichtgeschwindigkeit ist in der Tat eine Konvention.

Ich würde ihm in Bezug auf einige seiner Aussagen, dass wir die Lichtgeschwindigkeit in einer Richtung nicht kennen können, etwas widersprechen. Da es sich um eine Konvention handelt, können wir nicht nur wissen, sondern wir wissen es auch mit Sicherheit, indem wir einfach unsere Konvention wählen.

Es ist einfach, Experimente aufzubauen, bei denen der Lichtweg in eine Richtung verläuft. Das Problem ist, dass alle diese Experimente von einer Methode der Taktsynchronisation abhängen. Ihre Annahme über die Taktsynchronisation bestimmt die Geschwindigkeit, die Sie erhalten. Bei Romers Messung verwendete er den langsamen Takttransport und nahm die Isotropie des langsamen Takttransports an. Dies entspricht der Annahme der Einstein-Synchronisationskonvention.

ich bin skeptisch. Man könnte eine gepulste Lichtquelle und zwei teilweise versilberte Spiegel verwenden, die in einiger Entfernung voneinander getrennt sind. Ein einzelner entfernter Beobachter mit einer einzelnen Uhr könnte von jedem Spiegel gleich weit entfernt sein. Der entfernte Beobachter würde zwei Pulse sehen, die durch die Laufzeit des Pulses zwischen den Spiegeln getrennt sind. Die Quelle wird bewegt und der Impuls in umgekehrter Richtung gesendet.

Nun löst dieses Experiment das üblicherweise diskutierte Problem nicht, da die gleich langen Pfade zum entfernten Beobachter jeweils eine laterale Komponente in entgegengesetzte Richtungen enthalten. Die Höhe dieser Beiträge hängt jedoch von der funktionalen Form der Geschwindigkeitsanisotropie ab.

Schlagen Sie im Grunde vor, Lichtimpulse entlang einer Kante und den anderen beiden Kanten eines geschlossenen Dreieckspfads zu senden? Das ist eine Zwei-Wege-Messung.

Allgemeiner gesagt führt die Wahl einer anisotropen Lichtgeschwindigkeit nur zu einem nicht orthogonalen Koordinatensystem in der Raumzeit. Das hat keine messbaren Konsequenzen, außer dass die Mathematik noch fieser wird.

Der Punkt ist, dass Sie einen lokalen Beobachter mit einer Uhr mit einer definierten Rate benötigen (z. B. mit der Definition der Sekunde im SI über den Cs-Standard). Was man also über die Lichtgeschwindigkeit messen kann, sind lokale Observablen am Ort dieser einen Uhr. Das Standardbeispiel ist "Radar", d. h. ein Signal, das an ein entferntes Objekt gesendet, reflektiert und dann erneut erfasst wird, wobei die Zeit gemessen wird, die es braucht, um das Signal erneut zu erfassen. Das misst natürlich die Zwei-Wege-Lichtgeschwindigkeit.

Um eine Einweg-Lichtgeschwindigkeit zu messen, benötigt man zwei Uhren, eine am Ort der Emission und eine am Ort der Detektion des Lichtsignals. Um die Uhrenwerte als "Lichtgeschwindigkeit in einer Richtung" zu verstehen, müssen die Uhren irgendwie synchronisiert werden, und es hängt von dem von Ihnen verwendeten Synchronisationsverfahren ab, welche "Lichtgeschwindigkeit" Sie messen.

Dies setzt bereits voraus, dass die Einweglichtgeschwindigkeit isotrop ist.

Das ist eigentlich das Erkennungsmerkmal einer Zweiwegemessung. Tatsächliche Einwegmessungen erfordern zwei Takte, sodass sie eine Annahme über die Gleichzeitigkeit erfordern.

Zwei-Wege-Messungen gehen nicht von Gleichzeitigkeit aus, da sie einen einzigen Takt verwenden, aber um eine Einweg-Geschwindigkeit abzuleiten, müssen sie Isotropie annehmen. Was Sie beschreiben, geht von Isotropie aus, es handelt sich also um eine Zwei-Wege-Messung, was auch durch die Verwendung einer einzigen Uhr belegt wird.

Dies funktioniert nicht. Im Grenzfall werden die Richtungen beliebig eng, aber die Entfernung wird beliebig lang. Der Zeitunterschied zu einer Anisotropie der Lichtgeschwindigkeit nimmt ab, wenn sich die Richtungen nähern, aber er nimmt mit zunehmender Entfernung zu. Die beiden Effekte zusammen bedeuten, dass selbst im Grenzbereich eines entfernten Beobachters die Anisotropieannahme noch nicht vernachlässigbar ist.

Damit hat es nichts zu tun. Der Spiegel ist keine Uhr. Das Experiment ist ein Zwei-Wege-Experiment, da die Lichtrichtung geändert wird, eine einzelne Uhr verwendet wird und die Berechnung der Lichtgeschwindigkeit von einer Annahme über die Isotropie der Lichtgeschwindigkeit abhängt. All dies sind Merkmale von Zwei-Wege-Messungen.

Ich empfehle, dass Sie die Mathematik Ihres vorgeschlagenen Experiments tatsächlich durcharbeiten. Entweder werden Sie sehen, wo die Isotropie-Annahme ins Spiel kommt, oder ich kann darauf hinweisen.

Okay, lassen Sie mich das mit etwas Vorsicht aufschreiben. Wir haben eine sehr große optische Bank frisch aus der Fertigung mit einem x- und einem y-Koordinatensystem. Wir werden die Flugzeit für Lichtimpulse mit einem Detektor und einer Standard-Flugzeitbox messen. Als erstes nehmen wir an, dass die Lichtgeschwindigkeit von der Richtung abhängt, die ich für unsere Tabelle schreiben kann als ##c( heta)##, wobei ## heta## der Winkel zwischen einem Lichtstrahl und dem x . ist Achse. Wir machen folgende weitere Annahmen, dass ##c( heta)## eine reelle einwertige analytische Funktion von ## heta## ist.

Wir platzieren zwei Strahlteiler (1,2) von vernachlässigbarer Abmessung, 1 bei ##x=-W, y=0## und 2 bei ##x=W, y=0##. Der Detektor D wird bei ##x=0,y=L## platziert. Die Strahlteiler werden so eingestellt, dass Impulse von jedem zum Detektor und zum anderen Strahlteiler geleitet werden. Nun ist die Flugzeit abhängig von Entfernung und Richtung. Jetzt feuern wir einen Puls durch 1 zu 2. Der Puls wird bei 1 und dann bei 2 geteilt. Die Flugzeit zwischen 1 und 2 ist

Die geteilten Pulse wandern entlang verschiedener Schenkel des Dreiecks zum Detektor. Ihre Flugzeiten sind,

Die Zeit zwischen den empfangenen Impulsen beträgt

##Delta_A = Delta_ <12>+ Delta_ <2D>- Delta_<1D>##

Umkehren der Impulsrichtung (durch 2 dann 1 senden)

##Delta_B = Delta_ <21>+ Delta_ <1D>- Delta_<2D>##

Meine Frage / Beobachtung ist also, wird ##Delta_A = Delta_B## für alle ##c( heta)##? Offensichtlich nicht, da es Auswahlmöglichkeiten gibt, die ##pm(Delta_ <2D>- Delta_<1D>)## vernachlässigbar machen, während ##Delta_ <12>- Delta_<21>## dies nicht ist.


Hippolyte Fizeau und die Lichtgeschwindigkeit

Am 23. September 1819, französischer Physiker Armand Hippolyte Louis Fizeau wurde geboren. Er ist bekannt für seine Berechnung der Lichtgeschwindigkeit und seinen Vorschlag, die Länge einer Lichtwelle als Längenstandard zu verwenden.[4]

Hippolyte Fizeau – Frühe Jahre

Hippolyte Fizeau wurde in Paris als ältester Sohn von Béatrice und Louis Fizeau, der Professor für Pathologie an der Pariser Medizinischen Fakultät war, geboren. Er besuchte das renommierte Collège Stanislas in Paris, wo er sich mit einem seiner Kommilitonen, Léon Foucault, anfreundete.[6] Im September 1839. Der berühmte Louis Daguerre [5] gab in Paris einen kostenlosen Kurs über seine neuen fotografischen Techniken und die beiden Freunde Fizeau und Foucault besuchten. Sie sahen zu, wie Daguerre eine Platte in einer Kamera belichtete, die aus dem Fenster zeigte, und nachdem er etwa 30 Minuten lang über seinen Prozess gesprochen hatte, entwickelte er die Platte mit einer Vielzahl von Chemikalien, um das Bild freizulegen. Obwohl Fizeau und Foucault beeindruckt waren, erkannten sie auch die Grenzen des Prozesses – Es wäre wunderbar, Porträts aufnehmen zu können, dachten sie, aber das Motiv konnte nicht erwartet werden, dass es 30 Minuten lang regungslos blieb. Nach Abschluss des Kurses begannen sie zu experimentieren, um den Prozess zu beschleunigen. [1]

Astronomische Fotografie

Fizeau trat 1840 in die Pariser Medizinischen Fakultät ein, gab jedoch wegen schwerer Migräne die Medizin bald auf und verbrachte einige Zeit auf Reisen, in der er seine Gesundheit wiedererlangte. Sein neuer Schwerpunkt soll die Physik sein. Er besuchte Aragos Vorlesungen am Observatorium und schrieb sich für einen Optikkurs am Collège de France ein. Darüber hinaus begann er intensiv Notizbücher zu studieren, die die Vorlesungsnotizen seines Bruders enthielten, der Kurse an der cole Polytechnique besuchte. Es war Arago,[7] der Fizeau und Foucault 1845 ermutigte und vorschlug, dass sie versuchen könnten, Fotos von einem Bild der Sonne zu machen, das von einem Teleskop erzeugt wurde. So produzierten Fizeau und Foucault, was als die erste astronomische Fotografie gilt.

Messung der Lichtgeschwindigkeit

Auf dem Gebiet der Optik hat sich Fizeau einen bleibenden Ruf erworben. Die ursprüngliche Inspiration kam von François Arago, der nach einem entscheidenden Test zwischen der Korpuskular- und der Wellentheorie des Lichts suchte. Wenn die Wellentheorie stimmte, müsste die Lichtgeschwindigkeit in sich bewegenden Medien, wie zum Beispiel Wasser, das in einer Röhre fließt, größer sein. Das Projekt beinhaltete die Ausarbeitung einer terrestrischen Methode zur Messung der Lichtgeschwindigkeit, und Arago schlug vor, dies mit einem rotierenden Spiegel zu erreichen.[2] 1849 berechnete Fizeau einen genaueren Wert für die Lichtgeschwindigkeit als den vorheriger Wert, der 1676 von Ole Rømer bestimmt wurde.[8] Er verwendete einen Lichtstrahl, der von einem acht Kilometer entfernten Spiegel reflektiert wurde. Der Strahl ging durch die Zahnlücken eines schnell rotierenden Rades. Die Geschwindigkeit des Rades wurde erhöht, bis das zurückkehrende Licht die nächste Lücke passierte und gesehen werden konnte.

Die Äther-Theorie verwerfen

Fizeau berechnete die Lichtgeschwindigkeit mit 313.300 Kilometern pro Sekunde, was innerhalb von etwa fünf Prozent des korrekten Wertes lag (299.792,458 Kilometer pro Sekunde). Fizeau veröffentlichte 1849 die ersten Ergebnisse seiner Methode zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit. Im Jahr 1851 führte er eine Reihe von Experimenten durch, um den leuchtenden Äther zu entdecken – ein hypothetisches Material, von dem angenommen wurde, dass es den gesamten Raum einnimmt und notwendig ist, um die Schwingungen von Lichtwellen zu tragen. Die experimentellen Ergebnisse konnten die Existenz des Äthers nicht nachweisen, aber seine Arbeit trug dazu bei, dass die Äthertheorie in den frühen Jahren des 20. Jahrhunderts verworfen wurde.[3] Fizeau wurde 1860 zum Mitglied der Akademie der Wissenschaften und 1878 zum Mitglied des Bureau des Longitudes gewählt. Er erhielt 1849 die Auszeichnung der Ehrenlegion und wurde 1875 Offizier. 1866 verlieh ihm die Royal Society of London die Rumford-Medaille.

Weitere Erfolge

Fizeau arbeitete auch auf dem Gebiet der Thermodynamik, wo er ein Interferenzdilatometer konstruierte, um die Wärmeausdehnung fester Körper zu messen. 1850 maß er mit Eugène Gounelle (1821-1864) die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Elektrizität in Leitern. 1853 beschrieb er die Installation eines Kondensators, um die Effizienz der Induktion zu erhöhen. Anschließend untersuchte er die thermische Ausdehnung von Festkörpern und wandte das Phänomen der Lichtinterferenz an, um die Ausdehnung von Kristallen zu messen.

Hippolyte Fizeau starb am 18. September 1896 im Alter von 76 Jahren in Venteuil.

Bei der akademischen Videosuche von Yovisto können Sie in der NASA-Dokumentation ‘ . mehr über die Physik hinter der Lichtgeschwindigkeit erfahrenEinsteins kosmisches Geschwindigkeitslimit‘.


Vergleich der Lichtgeschwindigkeit in Luft mit der Geschwindigkeit in Wasser

Die nächste Person, die die Lichtgeschwindigkeit maß, war der französische Philosoph Armand Hippolyte Fizeau, und er verließ sich nicht auf astronomische Beobachtungen. Stattdessen konstruierte er eine Apparatur bestehend aus einem Strahlteiler, einem rotierenden Zahnrad und einem 8 km von der Lichtquelle entfernten Spiegel. Er konnte die Rotationsgeschwindigkeit des Rades so einstellen, dass ein Lichtstrahl zum Spiegel gelangt, aber den Rückstrahl blockiert. Seine Berechnung von ​c​, das er 1849 veröffentlichte, betrug 315.000 km/s, was nicht so genau war wie die von Bradley.

Ein Jahr später verbesserte Léon Foucault, ein französischer Physiker, Fizeaus Experiment, indem er das Zahnrad durch einen rotierenden Spiegel ersetzte. Foucaults Wert für c war 298.000 km/s, was genauer war, und dabei machte Foucault eine wichtige Entdeckung. Indem er eine Wasserröhre zwischen den rotierenden und den feststehenden Spiegel einführte, stellte er fest, dass die Lichtgeschwindigkeit in der Luft höher ist als die im Wasser. Dies stand im Gegensatz zu dem, was die Korpuskulartheorie des Lichts vorhersagte und half bei der Feststellung, dass Licht eine Welle ist.

Im Jahr 1881 verbesserte A. A. Michelson die Messungen von Foucault, indem er ein Interferometer konstruierte, das in der Lage war, die Phasen des ursprünglichen Strahls und des zurückkehrenden Strahls zu vergleichen und ein Interferenzmuster auf einem Bildschirm anzuzeigen. Sein Ergebnis waren 299.853 km/s.

Michelson hatte das Interferometer entwickelt, um das Vorhandensein des ​ . zu erkennenÄther​, eine geisterhafte Substanz, durch die sich Lichtwellen ausbreiten sollen. Sein Experiment, das mit dem Physiker Edward Morley durchgeführt wurde, war ein Fehlschlag und führte Einstein zu dem Schluss, dass die Lichtgeschwindigkeit eine universelle Konstante ist, die in allen Referenzsystemen gleich ist. Das war die Grundlage für die Spezielle Relativitätstheorie.


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Die OISC ist stolz darauf, ein Projekt von Community Partnern zu sein, eine 501 (c) (3) gemeinnützige Gesellschaft im Bundesstaat Kalifornien.

Die Lichtgeschwindigkeitsausstellungen

Eines der berühmtesten Experimente in allen menschlichen Bemühungen ist die Messung und das Verständnis der Lichtgeschwindigkeit. Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie stellt fest, dass nichts schneller sein kann als die Lichtgeschwindigkeit. In Science-Fiction-Geschichten reisen Menschen routinemäßig schneller als das Licht, um entfernte Sterne und Planeten zu erreichen, die so weit entfernt sind, dass Menschen sie nie erreichen könnten. Wenn der Mensch nach den Sternen greifen soll, müssen wir ein neues Verständnis der Naturgesetze entwickeln.

Das OISC hat es sich zum Ziel gesetzt, junge Menschen zu inspirieren, Naturwissenschaften zu studieren, während wir in das 21. Jahrhundert der Möglichkeiten eintreten.

Zu diesem Zweck haben wir im Oktober 2004 unsere erste Speed-of-Light-Ausstellung im Irvine Civic Center installiert.

Wir bereiten uns jetzt auf unsere zweite Ausstellung im UC Irvine Beall Center for Art + Technology im Juli 2008 vor

SOL Ausstellung @ The Beall Center - Überblick Finden Sie heraus, wie Sie Teil dieses Projekts werden können und helfen Sie uns in die Zukunft, indem Sie die Speed ​​of Light Projektübersicht herunterladen und dann Kontakt mit dem OISC aufnehmen.

Wir sponsern auch einen Kunstwettbewerb, um diese Ausstellung zu fördern.

Das Michelson-Lichtgeschwindigkeitsexperiment auf der Irvine Ranchvin

(scrollen Sie nach unten für Links zu Postern, die in der Ausstellung des Irvine Civic Center vom Oktober 2004 verwendet wurden)

C = 186.282,3960 Meilen pro Sekunde, plus oder minus 3,6 Fuß pro Sekunde

C = 299.792,4562 Kilometer pro Sekunde, plus oder minus 1,1 Meter pro Sekunde

Albert Michelson war als der beste lebende Experimentalphysiker bekannt

Im Herzen des Experiments (in der Hütte und in der Grafik oben abgebildet) wurde ein Bogenlicht von einem schnell rotierenden Spiegelsatz reflektiert, hin und her durch eine kilometerlange Röhre und nach Hause zu den Spiegeln, die bis dahin hätten leicht bewegt. Wenn die Geschwindigkeit des Spiegels, der Abprallwinkel und die Länge des Tubus bekannt sind, kann die Lichtgeschwindigkeit berechnet werden.

Oben trafen sich Albert Einstein und Albert Michelson 1931 am Mount Wilson, kurz vor Michelsons Tod. Von links nach rechts sind Milton Humason, Edwin Hubble, Charles St. John, Michelson, Einstein, W.W. Campbell und Walter S. Adams.

Oben auf der Karte würde das Lichtgeschwindigkeitsexperiment der Irvine Ranch, wenn es heute an seinem alten Standort wiederaufgebaut würde, durch einen Industriepark in der heutigen Stadt Irvine in der Nähe der Newport Corporation, einem weltweit führenden Unternehmen der Optik- und Laserindustrie, laufen.

Im Jahr 1887 benutzten Michelson und Edward Morely das Interferometer, um herauszufinden, wie sich Lichtwellen durch den theoretischen "Zitatther" im Universum bewegten. Nach den Prinzipien der klassischen Physik beeinflusste die Bewegung der Erde durch diese mysteriöse Substanz die Geschwindigkeit der sich durch sie hindurch bewegenden Lichtstrahlen. Michelson und Morely benutzten das Interferometer, um Lichtwellen im rechten Winkel nach außen und hinten zu reflektieren, in der Erwartung, dass einer der Strahlen zurückbleibt.

Stattdessen kehrten die Strahlen genau zur gleichen Zeit zurück. In den kommenden Jahren sollten diese Ergebnisse als einer der ersten Beweise angeführt werden, dass dieser mysteriöse Äther nicht existierte, dass die Lichtgeschwindigkeit eine Konstante war und dass die klassische Physik nicht ausreichte, um das physikalische Universum zu erklären.

Während Michelson und Morely die "Zitatetherdrift" testeten, hatte Einstein begonnen, von rückwärts laufenden Uhren, nicht konstanter Masse und Licht aus sogenannten "Photonen" zu sprechen. die erste, die darauf hindeutet, dass die Erde ein umlaufender Planet und nicht das Zentrum des Universums ist.

Die Dramatik um Michelsons Experimente wurde durch diese Atmosphäre des Aufruhrs noch verstärkt. Obwohl seine Arbeit dazu beitrug, eine Revolution im Physikstudium auszulösen, entschied Michelson laut seinen Biografen nie, auf welcher Seite er stand.

Seine Tochter, Dorothy Michelson Livingston, schrieb, dass Michelson seinen Glauben an "ther nie aufgab, obwohl er Einsteins Arbeit akzeptierte.

1930 mag dieser Glaube dazu beigetragen haben, Michelson zu seiner letzten und ehrgeizigsten Prüfung nach Santa Ana zu bringen.

Athelie Clark, das älteste lebende Mitglied der Familie, die einst die riesige Irvine Ranch besaß, erinnert sich an einen Tag in den späten 1920er Jahren, als Michelson zum Mittagessen kam.

Am Tisch im opulenten Esszimmer von James Irvines viktorianischem Haus saßen Michelson, James Irvine Sr., James Irvine Jr. und der Wissenschaftler Robert Millikan. Clark saß da ​​und hörte zu, verstand wenig von dem, was gesagt wurde.

"Ich erinnere mich, dass mir gesagt wurde, er sei ein sehr berühmter Mann, der nach einem Standort für ein wichtiges Experiment suchte", sagte Clark, jetzt 85.

»Sein Haar war grau und widerspenstig. Er schien mir äußerst liebenswürdig."

"Gracious" war eines der netteren Worte, die verwendet wurden, um Michelsons Art zu beschreiben. Im Laufe seiner Karriere hatte er sich, während sich die Ehrungen häuften, den Ruf erworben, sowohl brillant als auch instabil zu sein. Er war ein versierter Tennisspieler. ein ausgezeichneter Maler und Geiger und so gut im Billard, dass Gegner beklagten, dass seine Physikkenntnisse ihm einen unfairen Vorteil verschafften. Seine wenigen engen Freunde beschrieben ihn als äußerst loyal, scherzhaft und ziemlich cool unter Druck.

Morely, Michelsons früher Partner, sagte jedoch, er befürchte, dass Michelson zu Beginn seiner Karriere eine "Erweichung des Gehirns" erlitten habe, nachdem Michelson in den 1880er Jahren wegen Erschöpfung ins Krankenhaus eingeliefert worden war. Michelsons erste Frau versuchte, den Wissenschaftler zu verpflichten. Eine seiner Dienstmädchen verklagte erfolglos wegen Körperverletzung.

Dorothy Michelson Livingston schrieb, dass ihr Vater oft tagelang arbeitete, ohne zu schlafen oder zu essen, dass er beim Essen allein saß, damit sein Denken nicht gestört würde, dass er abwechselnd arrogant, distanziert, herrisch und unhöflich sein konnte. Eine chaotische Scheidung sorgte wochenlang für Schlagzeilen auf den Titelseiten. Der Physiker litt auch unter wiederkehrenden Albträumen, unter anderem fuhr er mit dem Motorrad einen endlosen Hügel hinauf.

"Amerikaner haben diese Besessenheit von verrückten Wissenschaftlern und Michelson"
passen ins Bild“, sagte UCLA-Physiker Wuerker. „Er war der berühmteste amerikanische Wissenschaftler seiner Zeit. Alles, was er tat, war eine Neuigkeit."

Wahnsinnig oder nicht, er war definitiv unglaublich.

Als Michelson 1907 den Nobelpreis für Physik erhielt, begann seine Karriere gerade erst. Er meisterte mehrere Herausforderungen mit seinen Erkenntnissen und verfeinerte seine früheren Arbeiten. 1920 war er der erste, der den Durchmesser eines Sterns namens Beteigeuze maß, eine Leistung, die in der New York Times als "erstaunlich" bezeichnet wurde

1926 teilte Michelsons spektakulärstes Experiment den Nachthimmel zwischen Mount Wilson und Mount Baldy** (siehe unten auf dieser Seite).

Mit Spiegeln, Turbinen, seinem Interferometer und einem Bogenlicht maß er die Lichtgeschwindigkeit auf zwei Meilen pro Sekunde der derzeit akzeptierten Geschwindigkeit.

Horace Babcock, der emeritierte Direktor des Mount-Wilson-Observatoriums, erinnert sich, dass er als Kind das Experiment besuchte und das Licht aus den Ritzen in der Hütte, in der Michelson arbeitete, schießen sah.

Michelson war mit den Ergebnissen des Berges nicht zufrieden. Wilson-Experiment. Zum einen befürchtete er, dass Luftschimmer zwischen den Bergen seine Ergebnisse verfälschen könnten. Er traute auch der Arbeit des United States Geodetic Survey-Teams nicht, das die Entfernung zwischen den Gipfeln gemessen hatte.

Er wollte den Test im Vakuum wiederholen, um eine genauere Geschwindigkeit zu messen und vielleicht die Anwesenheit des "thers zu zeigen."

Clark sagt, dass sich Michelson für das Experiment nach dem Mittagessen im Haus der Familie Irvine auf dem Gelände von Orange County niedergelassen hat, als James Irvine Jr. den Physiker für eine Fahrt in die Familie Packard mitnahm. Michelson gefiel das niedrige, flache Bohnenfeld am Nordende der Ranch, in der Nähe des heutigen Helikopter-Stützpunkts der Marine. Die Irvine haben sich bereit erklärt, die Nutzung des Landes zu spenden.

Das Projekt nahm schnell Gestalt an. Michelsons Assistenten bauten eine Metallhütte, um die Turbinen, das Bogenlicht und andere Ausrüstung von Mount Wilson sowie ein Netzwerk aus Rohren, Metallrohren, Drähten, Steckern und Schaltern zu halten. Von der Hütte aus bauten sie ein kilometerlanges Rohr aus gewellten Stahlrohren mit einem Durchmesser von 3 Fuß, die durch Schichten aus Stahl, Stoff, Schläuchen und Gummifarbe luftdicht verschlossen waren. In den Röhren befanden sich eine Reihe von Spiegeln, jeder auf einer motorisierten Auswuchtmaschine.

In der Mitte der Baracke befand sich das Interferometer, das Michelson manchmal seinen „Teufel“ nannte. Im Herzen der Maschine drehte sich ein mit feingeschliffenen Spiegeln bedecktes Rad mit genau 512 Umdrehungen pro Sekunde. Als Licht auf dieses Rad traf, hüpfte es durch den Tunnel hin und her und kehrte schließlich an die Stelle zurück, von der es ausgegangen war. Bis dahin hätte der Spiegel seinen Winkel leicht verändert und das Licht schräg reflektiert. Durch Kenntnis der Entfernung, die das Licht zurückgelegt hatte, der Geschwindigkeit des Spiegels und des Abprallwinkels, konnte Michelson die Lichtgeschwindigkeit berechnen.

Clark erinnert sich, dass die Hütte innen "absolut makellos" war. Während das Experiment lief, fuhr ihr Vater oft Hausgäste hinüber, um sich die Hütte anzuschauen - wenn er sie nicht auf die andere Seite der Ranch fuhr, wo Kampfszenen für den Film "Alles still an der Westfront" gedreht wurden .« Einmal, gegen Ende des Experiments, sagte sie, Michelson habe sie gebeten, hereinzukommen, um durch ein Fenster zu schauen, das die Länge der Röhre zeigte.

»Es war sehr dunkel«, sagte sie. „Ich schaute durch das Fenster und sah ein langes, dunkles Loch, das im Nichts verschwand. Es gab kleine winzige Funken, die hin und her schossen. So etwas hatte ich noch nie gesehen."

Michelsons letztes Experiment verlief nicht reibungslos. Am Tag seiner Ankunft brach die Pumpe, mit der die Luft aus dem Rohr gesaugt wurde, zusammen, was das Projekt zum Erliegen brachte. Leaks in the pipe were a regular problem, and fears of an earthquake were persistent. Michelson and his assistants fought over details.

His daughter described one of those fights, in which an assistant drove to Pasadena and called the physicist to the lobby of the Hotel Maryland. The two men stood in the lobby arguing with each other, wearing pajamas, scribbling diagrams on the back of a Chinese laundry ticket, until Michelson noticed that a crowd had gathered.

Michelson himself was not well. His health had begun to deteriorate years before, in what his doctor referred to as the "vile climate of Chicago," where Michelson had taught. His bladder was removed in 1929. The train trip to California exhausted him. His heart was weak and his circulation was slow. As the Orange County experiment progressed, he began to spend more and more time in bed, alert but physically weak.

Michelson got out of bed in April, 1931, when Einstein came to visit. Michelson's daughter remembers sitting between them at dinner, seeing that neither could keep his hair combed, and struggling to keep from laughing. The two men attended banquets together, and talked to each other privately.

At the end of April, Michelson's doctor confined him to his house, after suffering what the papers said was a nervous breakdown. Im
early May, his assistants brought him early data from the tests. On May 9, Michelson suffered a stroke, followed by a cerebral hemorrhage. After lingering in a coma for several hours, he died.

The Register of Orange County, California ran the obituary on page 1.

Why would a dying man attempt an experiment as ambitious as Michelson's in Orange County?

R.S. Shankland, a leading historian of physics, believes Michelson came to Santa Ana to look one last time for the ether that had been so central to the science of his youth.

The final report on the Irvine Ranch experiments was published in 1933. The findings were extremely close to those accepted today, but many physicists consider the results of the tests on Mount Wilson more accurate. Some of the metal tubing now is used as drainage pipes at the Mount Wilson observatory.

There are markings at the site of the test, and though a nearby street was named in Michelson. s honor, it is commonly mispronounced. The Irvine Company has been sold and resold. James Irvine's mansion burned to the ground and was abandoned. If the vacuum tube were rebuilt on its old site today, it would run through the parking lot of a Home Club and the lobbies of two manufacturing firms on Armstrong Avenue in Irvine.

Wuerker, a UCLA physicist, thinks Michelson's work in Orange County is worth more than that. For one thing, he says, Michelson can be thought of as the man who gave this country a scientific tradition, on the day he won the Nobel Prize.

Even though Michelson's work here is not widely recognized, Orange County has become a hotbed for experimental physics. At the University of California, Irvine, this work is helping push physics beyond the edge of Einstein's world.

And in several of those experiments, UCI scientists are investigating incredibly small particles that move near the speed of light. These particles have no affect on the speed of light, but they do appear everywhere, invisible and mysterious, like an ether.

The information on this page was found at http://www.salsburg.com/light.html

**An error about Michelson's measurement of the velocity of light in 1926 (as described above) was reported by Don Nicholson of the OSSC .

The measurement was made between Mount Wilson and Lookout Mountain, not Mount Baldy.

The piers on which the retro reflector were mounted are still in place on Lookout Mountain.


4.6 References

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Abstrakt

This paper features an indirect method to measure the speed of light. First, the electrical permittivity of air ε0, is obtained, by using a capacitance meter to measure the capacitance of a parallel-plate capacitor, by varying the separation between its plates. By means of a least squares adjustment, the slope of the straight line is calculated which is related to ε0.

Next, the magnetic permittivity of air μ0 is obtained by using a solenoid through which different currents are circulated and the magnetic field is measured in its centre using the Hall sensor of a Smartphone. By means of a least squares adjustment, the slope of the straight line is calculated which is related to μ0.

Once ε0 und μ0 have been obtained, the speed of light is calculated by the expression c = 1 ε 0 μ 0 with its corresponding absolute and relative errors, to verify if the obtained value is compatible with the exact value of c.


The electromagnetic spectrum

As scientists and engineers began to explore the implications of Maxwell's theory, they performed experiments that verified the existence of the different regions, or groups of wavelengths, of the electromagnetic spectrum. As practical uses for these regions of the spectrum developed, they acquired now-familiar names, like "radio waves," and "X-rays." The longest wavelength waves predicted by Maxwell's theory are longer than 1 meter, and this band of the electromagnetic spectrum is known as radio waves. The shortest wavelength electromagnetic waves are called gamma rays, and have wavelengths shorter than 10 picometers (1 trillion times shorter than radio waves).

Between these two extremes lies a tiny band of wavelengths ranging from 400 to 700 nanometers. Electromagnetic radiation in this range is what we call "light," but it is no different in form from radio waves, gamma rays, or any of the other electromagnetic waves we now know exist. The only thing unique about this portion of the electromagnetic spectrum is that the majority of the radiation produced by the Sun and hitting the surface of the planet Earth falls into this range. Because humans evolved on Earth in the presence of the Sun, it is no accident that our own biological instruments for receiving electromagnetic radiation – our eyes – evolved to detect this range of wavelengths. Other organisms have evolved sensory organs that are attuned to different parts of the spectrum. For example, the eyes of bees and other insects are sensitive to the ultraviolet (UV) portion of the spectrum (not coincidentally, many flowers reflect ultraviolet light), and these insects use UV radiation to see. However, since the sun emits primarily electromagnetic waves in the "visible" light region, most organisms have evolved to use this radiation instead of radio or gamma or other waves. For example, plants use this region of the electromagnetic spectrum in photosynthesis. For more information about the different regions of the electromagnetic spectrum, visit the Interactive Electromagnetic Spectrum page linked below.

Interactive Animation: Interactive Electromagnetic Spectrum

Maxwell's elegant equations not only unified the concepts of electricity and magnetism, they also put the familiar and much-studied phenomenon of light into a context that allowed scientists to understand its origin and behaviors. Maxwell appeared to have established conclusively that light behaves like a wave, but interestingly enough he also planted the seed of an idea that would lead to an entirely different view of light. It would be another thirty years before a young Austrian physicist named Albert Einstein would cultivate that seed, and in doing so spark the growth of a revolution in our understanding of how the universe is put together.

Zusammenfassung

The study of electricity and magnetism were artfully united in John Clerk Maxwell’s theory of electromagnetism. This module explores the experimental connection between electricity and magnetism, beginning with the work of Oersted, Ampere, and Faraday. The module gives an overview of the electromagnetic nature of light and its properties, as predicted by Maxwell’s mathematical model.

Schlüssel Konzepte

In the mid-1800s, scientists including Andre Ampere and Michael Faraday noted a connection between electricity and magnetism and carried out a series of experiments that showed how they interact.

James Clerk Maxwell built on the work of Faraday and developed a single set of equations defining both electricity and magnetism, unifying the concepts into one theory of electromagnetism.

We now know that the electromagnetic spectrum is made up of a series of waves of varying wavelength and visible light is just one small portion of this spectrum.