كيفية-قياس-سرعة-الضوء

سرعة الضوء

استمر الاعتقاد في السابق بناءً على نظرية الفيلسوف اليوناني أرسطو أن الضوء ينتقل على الفور دون الحاجة إلى أي وقت يستغرقه للوصول إلينا، إلى أن تقدم العلم بالوصول إلى قياس سرعة الموجات وما إلى ذلك مما ساعد في قياس سرعة الضوء، كما يُعتقد أنه لا يمكن لأي شيء ذي كتلة معينة أن يسبق الضوء، أي أنّه الأسرع حتى وقتنا الحالي، وتبلغ سرعة الضوء 299792 كم/ث، كان أول من حاول قياس سرعة الضوء عالم الفلك الإيطالي جاليليو جاليلي عام 1667 بتجربة بسيطة لكنه لم يتمكن من الوصول إلى نتيجة سوى أن الضوء ينتقل بسرعة أكبر بعشر مرات على الأقل من سرعة الصوت، وفي هذا المقال سنوضح كيفية قياس سرعة الضوء.^[١]

كيفية قياس سرعة الضوء

تعد أول تجربة لقياس سرعة الضوء في الفراغ أو ما يرمز لها بالرمز c هي التجربة التي قام بها العالم الفيزيائي أرماند فيزو عام 1849، وقد تمّت هذه التجربة بواسطة إشعاع ضوء ينعكس من مرآة إلى عجلة تدور بسرعة على بعد 8 كم من المرآة ثم زيادة سرعة العجلة إلى أن يتزامن مرور الضوء مع محيط العجلة باتجاهين، وقد كانت قيمة سرعة الضوء في تلك التجربة 315000 كم/ث. في عام 1857 وبعد أن تم نشر النظرية الكهرومغناطيسة بواسطة ماكسويل أصبح حساب سرعة الضوء أسهل وأدق عن طريق قياس النفاذية المغناطيسية والسماحية الكهربائية للفضاء بالتالي يمكن تحديد الوقت المستغرق لوصول الضوء للكرة الأرضية وكانت النتيجة الأدق آنذاك 299788 كم/ث التي تم حسابها بواسطة روزا ودورسي والتي تم حسابها في عام 1907، وبعد أن تم أخد نسبة الانكسار للضوء في الهواء بعين الاعتبار في عام 1958 كانت النتيجة أكثر دقة أي بمقدار 299792.5 كم/ث، وعند تطوير الليزر وصنع ساعات سيزيوم بعد عام 1970 أصبح من الممكن الحصول على نتائج أكثر دقة من السابق، أما في وقتنا الحالي فقد تم الاتفاق على قياس سرعة الضوء بحساب المسافة التي يقطعها الضوء في الفراغ خلال فترة زمنية مقدارها 1/299792458 جزء من الثانية والمتعارف عليها في الفيزياء بالثابت c والتي تساوي 299792.458 كم/ث.^[٢]

طرق لتسريع الجسيمات بسرعة تقارب سرعة الضوء

بعد أن تم توضيح كيفية قياس سرعة الضوء، ومع وجود حقيقة أن لا سرعة في الطبيعة يمكنها أن تسبق سرعة الضوء من تلقاء نفسها، لابد من تساؤل إن كان العلم الحديث قد أوجد طريقة لتسريع الجسيمات لسرعة تقارب سرعة الضوء، بعد أن طوّر عالم الفيزياء أينشتاين نظرية النسبية الخاصة أصبح لدينا تصورات أوضح حول فهم الضوء، إذ أظهرت النظرية أن سرعة الضوء يصعب تحقيقها و يستحيل تجاوزها آنذاك، أما في عصرنا الحالي ومع تطور العلوم أمكن من خلال بعض التفاعلات أو التجارب العلمية بواسطة الإنسان تسريع الموجات إلى سرعات لا تصدق لتكون قريبة جدًا من سرعة الضوء، ومن أهم هذه الطرق^[٣]:

• الموجات الكهرومغناطيسية: المجالات الكهرومغناطيسة والكهربائية هما وجهان لعملة واحدة، إذ يتم تسريع الجسيمات المشحونة في الحقول الكهرومغناطيسية فتندفع بسرعة هائلة قد تصل إلى سرعة قريبة من سرعة الضوء، وعلى نطاقات أصغر في المختبرات يتم استخدام الحقول الكهربائية مثل مصادم هادرون وفيرميلاب.
• الانفجارات المغناطيسية: تتم بفعل انفجارات ضخمة نتيجة لمجالات مغناطيسية ملتوية تصطدم مع بعضها البعض، مما يؤدي إلى تدفق جميع الجسيمات المشحونة المصاحبة بسرعة هائلة تقارب سرعة الضوء.
• تفاعلات الموجات والجسيمات: يمكن أن تؤدي تفاعلات الجسيمات الموجية إلى سرعة تقارب سرعة الضوء بنسبة 99.6%.

المراجع[+]

1. ↑ "How Fast Does Light Travel? | The Speed of Light", www.space.com, Retrieved 16/04/2020. Edited.
2. ↑ "How is the speed of light measured?", math.ucr.edu, Retrieved 16/04/2020. Edited.
3. ↑ "Three Ways to Travel at (Nearly) the Speed of Light", www.nasa.gov, Retrieved 16/04/2020. Edited.