Scientia

În acest articol vom vorbi despre primele încercări de determinare a vitezei luminii. Primii care au încercat să determine viteza de propagare a razelor de lumină au fost filozofii antici. Ce-i drept, ei se întrebau doar dacă viteza lor e infinită sau finită.

Singurul raţionament pe care se bazau era că viteza luminii este mai mare decât viteza sunetului (au dedus acest lucru în timpul fulgerelor; întâi le vedem şi apoi le auzim). Deoarece vedem fulgerul aproape imediat după producerea lui, e logic să afirmăm că viteza luminii e ori infinită, ori extraordinar de mare, un răspuns mulţumitor în timpul Antichităţii.

Rolul lui Galileo Galilei în determinarea vitezei luminii

Primul care a propus un experiment pentru determinarea acestei viteze a fost Galileo Galilei. Experimentul era destul de simplu: doi observatori înarmaţi cu felinare şi obloane vor sta la distanţă unul de altul. Primul trebuia să trimită un semnal spre cel de-al doilea, care i-ar răspunde imediat cu un alt semnal. Astfel, primul ar putea estima valoarea lui c, măsurând timpul scurs între trimiterea si recepţionarea semnalelor. Când i-a venit ideea, prin 1638, Galileo era deja, din păcate, orb şi în arest la domiciliu, prin urmare nu a mai putut efectua experimentul.

În 1667, această idee a fost pusă, într-un final,  în practică de către Accademia del Cimento de la Florenţa. Experimentul a început cu o distanţă mică între cei doi observatori, urmând a se mări treptat. Până la urmă, experienţa s-a dovedit a fi inutilă, deoarece timpul măsurat nu era niciodată mai mare de o fracţiune de secundă, fracţiune ce putea fi pusă pe seama timpului de reacţie al observatorului. Dacă timpul măsurat ar fi crescut odată cu mărirea distanţei, atunci rezulta că viteza luminii are o valoare finită. Cu un timp măsurat constant indiferent de distanţă nu se putea ajunge la o concluzie clară. Din nou, c era fie infinită, fie foarte mare.

Ole Römer (25.09.1644 – 19.09.1710)

Experimentul lui Ole Römer şi determinarea finitudinii vitezei luminii

Câţiva ani mai târziu, astronomul danez Ole Römer, bucurându-se de reputaţia de excelent observator al cerului, a fost încurajat să studieze o ciudată anomalie legată de luna lui Jupiter, Io.   În mod normal, orice lună ar fi trebuit să se rotească perfect regulat în jurul lui Jupiter (la fel ca Luna noastră), însă nu şi Io, ale cărei perioade erau uşor neregulate: uneori apărea din spatele lui Jupiter cu câteva minute mai devreme decât se prevedea, alteori cu câteva minute mai târziu.

Nimic nu avea sens, până când Römer şi-a dat seama că putea explica acest fenomen dacă viteza luminii era finită: Pământul şi Jupiter se află câteodată de aceeaşi parte a Soarelui, o distanţă relativ mică, însă uneori sunt de-o parte şi de alta a Soarelui, la o distanţă mult mai mare. Când Pământul şi Jupiter se află la distanţa maximă, lumina trebuie să parcurgă 300.000.000 km în plus pentru a ajunge la noi. Logic, dacă viteza luminii ar avea o valoare finită, atunci i-ar lua mai mult timp pentru a străbate această distanţă suplimentară. Pe scurt, Römer a susţinut că aceste neregularităţi nu se datorau lui Io, ci erau o iluzie provocată de valoarea finită a lui c.

În urma a 3 ani de observaţii, Römer a estimat că viteza luminii era de 190.000 km/s. În realitate  c=300.000 km/s, însă important era faptul că se demonstrase finitudinea vitezei luminii.

Ca o confirmare a teoriei sale, Ole Römer a prezis că o eclipsă a lui Io  din 9 noiembrie 1676 urma să aibă loc cu câteva minute mai târziu. Şi chiar aşa a fost: eclipsa a avut loc cu o întârziere de câteva minute. Anii care au urmat au dus la o mai bună a aproximare a lui c, în final ajungându-se la valoarea de 299.792,458 km/s.

Bibliografie:
Big Bang: Originea Universului, Simon Singh