Viteza luminii, de la infinit la finit

În acest articol vom vorbi despre primele încercari de determinare a vitezei luminii. Primii care au încercat sa determine viteza de propagare a razelor de lumina au fost filozofii antici. Ce-i drept, ei se întrebau doar daca viteza lor e infinita sau finita.

Singurul rationament pe care se bazau era ca viteza luminii este mai mare decât viteza sunetului (au dedus acest lucru în timpul fulgerelor; întâi le vedem si apoi le auzim). Deoarece vedem fulgerul aproape imediat dupa producerea lui, e logic sa afirmam ca viteza luminii e ori infinita, ori extraordinar de mare, un raspuns multumitor în timpul Antichitatii.

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 înarmati cu felinare si obloane vor sta la distanta unul de altul. Primul trebuia sa trimita un semnal spre cel de-al doilea, care i-ar raspunde imediat cu un alt semnal. Astfel, primul ar putea estima valoarea lui c, masurând timpul scurs între trimiterea si receptionarea semnalelor. Când i-a venit ideea, prin 1638, Galileo era deja, din pacate, orb si în arest la domiciliu, prin urmare nu a mai putut efectua experimentul.

galileo-galilei
Galileo Galilei

În 1667, aceasta idee a fost pusa, într-un final,  în practica de catre Accademia del Cimento de la Florenta. Experimentul a început cu o distanta mica între cei doi observatori, urmând a se mari treptat. Pâna la urma, experienta s-a dovedit a fi inutila, deoarece timpul masurat nu era niciodata mai mare de o fractiune de secunda, fractiune ce putea fi pusa pe seama timpului de reactie al observatorului. Daca timpul masurat ar fi crescut odata cu marirea distantei, atunci rezulta ca viteza luminii are o valoare finita. Cu un timp masurat constant indiferent de distanta nu se putea ajunge la o concluzie clara. Din nou, c era fie infinita, fie foarte mare.

Experimentul lui Ole Römer si determinarea finitudinii vitezei luminii

Câtiva ani mai târziu, astronomul danez Ole Römer, bucurându-se de reputatia de excelent observator al cerului, a fost încurajat sa studieze o ciudata anomalie legata de luna lui Jupiter, Io.   În mod normal, orice luna ar fi trebuit sa se roteasca perfect regulat în jurul lui Jupiter (la fel ca Luna noastra), însa nu si Io, ale carei perioade erau usor neregulate: uneori aparea din spatele lui Jupiter cu câteva minute mai devreme decât se prevedea, alteori cu câteva minute mai târziu.

Viteza luminii de la infinit la finit
Ole Romer

Nimic nu avea sens, pâna când Römer si-a dat seama ca putea explica acest fenomen daca viteza luminii era finita: Pamântul si Jupiter se afla câteodata de aceeasi parte a Soarelui, o distanta relativ mica, însa uneori sunt de-o parte si de alta a Soarelui, la o distanta mult mai mare. Când Pamântul si Jupiter se afla la distanta maxima, lumina trebuie sa parcurga 300.000.000 km în plus pentru a ajunge la noi. Logic, daca viteza luminii ar avea o valoare finita, atunci i-ar lua mai mult timp pentru a strabate aceasta distanta suplimentara. Pe scurt, Römer a sustinut ca aceste neregularitati nu se datorau lui Io, ci erau o iluzie provocata de valoarea finita a lui c.

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

Ca o confirmare a teoriei sale, Ole Römer a prezis ca o eclipsa a lui Io  din 9 noiembrie 1676 urma sa aiba loc cu câteva minute mai târziu. Si chiar asa a fost: eclipsa a avut loc cu o întârziere de câteva minute. Anii care au urmat au dus la o mai buna a aproximare a lui c, în final ajungându-se la valoarea de 299.792,458 km/s.

newscientist

Bogdan

Per aspera ad astra