Свет как масштабная линейка
Чтобы узнать что-то о процессах и событиях в космосе, человечество до недавних пор располагало только одним средством. Это — тонкие нити лучей света. Как сверкающая паутина соединяют они с Землёй самые далекие светила. Если бы это были всего лишь простые нити, то нам от них было бы мало толку. Но они представляют собой сложную смесь электромагнитных волн, и, подробно изучая их, мы все более обогащаем свои знания. Просто удивительно, сколько интересных подробностей сообщают тончайшие лучи звёзд внимательному учёному и астроному.
Кроме этого, лучи света являются точнейшим эталоном для всех земных и астрономических измерений расстояний и всего, что прямо или косвенно с этим связано.
Длины волн лучей света поразительно постоянны, и, что особенно важно, скорость света в вакууме всегда имеет определённое и неизменное значение. Впрочем, когда-то господствовало мнение, что свет распространяется с бесконечно большой скоростью. Это убеждение имело очень простое «обоснование»: отсутствовали доводы, при помощи которых можно было бы доказать обратное. Со всей серьёзностью утверждали, что свет бывает здесь в тот же момент, когда он возник где-нибудь в другом месте.
Датскому астроному Олафу Рёмеру (1644-1710) это утверждение показалось не столь уж достоверным, когда он наблюдал в телескоп спутник Юпитера Ио. Видимый как светлая точка этот спутник при каждом своём обращении должен войти в тень Юпитера и «затмиться» на определённый промежуток времени, прежде чем снова появиться в виде яркой точки с другой стороны. Между двумя затмениями спутника Ио проходит 42 час. 28 мин. Это время соответствует его периоду обращения вокруг Юпитера. Если бы всё шло так гладко, по Ио можно было бы ставить часы.
Но директор Парижской обсерватории Кассини и его тогдашний ассистент Рёмер заметили, что дело обстоит не совсем так. Когда Земля при своем обращении вокруг Солнца удаляется от Юпитера, «часы Ио» изо дня в день всё больше отстают. Опоздание в точке 2 по отношению к точке 1 составляет 1000 сек.
Когда же Земля проходит вторую половину своей орбиты, это запаздывание исчезает. Рёмер нашел убедительное объяснение этому явлению: между двумя затмениями свет, идущий от Ио, должен пройти тот самый отрезок пути, на который Земля отдалилась от Юпитера.
Чтобы преодолеть это добавочное расстояние, свету нужно дополнительное время, которое в случае максимального удаления Земли от Юпитера и равно этим 1000 сек. С другой стороны, наибольшее добавочное расстояние представляет собой диаметр земной орбиты, равный примерно 2х150х10 в 6-й степени км.
Отсюда скорость света
с = (300х10 в 6-й степени км) : 1000 сек = 300 000 км/сек.
Теория Рёмера была правильна, и поэтому на её утверждение в науке не могло повлиять то, что Кассини, а вместе с ним и вся Парижская академия полностью отвергли её. Позже, вплоть до последнего времени, были выполнены многочисленные наземные измерения скорости света, причём с более высокой точностью. По этим данным скорость света в вакууме была равна
с = (299790 ± 6) км/сек.
Это численное значение хотелось бы знать ещё более точно, чтобы окончательно выяснить чрезвычайно важный вопрос, действительно ли скорость света в вакууме является абсолютно постоянной величиной, как этого требует теория относительности. Но такие измерения очень трудны, и этой проблемой науке предстоит заниматься ещё долгое время.
Наиболее точное измерение скорости света 299792458 ± 1,2 м/с на основе эталонного метра было сделано в 1975 г. В настоящее время считается, что скорость света в вакууме является фундаментальной физической постоянной, по определению, точно равная 299792458 м/с, или 1079252848,8 км/ч.
