Menuside |
LYSHASTIGHEDES HISTORIE
Erling Poulsen
Einsteinartikelen i "Annalen der Physik" fra 1905, hvor Den Specielle
Relativitetsteori offentliggøres, har givet lyshastigheden langt større
betydning, end den havde tidligere. I dag er lyshastigheden en af de
fundamentale naturkonstanter, og det vigtige længdemål, meteren, bliver
nu defineret ved hjælp af denne.
Ole Rømer har tit fået æren for at have
opdaget lyshastigheden. I det følgende gøres der rede for, at det ikke
er helt korrekt. Rømer anfører ingen steder en hastighed (udtrykt med
"jordiske" mål); hans opdagelse bestod i, at lyset havde en hastighed:
det tøvede.
I slutningen af 1600-årene tilsluttede de fleste videnskabsmænd sig
Descartes' teori for lys, hvorefter det skulle udbrede sig uendelig
hurtigt. I Paris, hvortil Rømer ankom i 1672, blev han indblandet i
mangt og meget; af interesse i denne sammenhæng er hans målinger af
lydens hastighed. Et samarbejde med Cassini opstod også, og han fik
kendskab til de tabeller, som denne havde udgivet over jupitermånernes
formørkelser. Visse uregelmæssigheder ved formørkelses- tidspunkterne
har ganske givet vakt hans interesse, og han gik ind i arbejdet med
jupiterobservationer.
Man forsøgte at
forklare de uregelmæssige formørkelser på flere måder, men det store
gennembrud kom i 1676, hvor Rømer konstaterede, at uregelmæssighederne
ene og alene skyldtes Jordens og Jupiters relative afstand i
Solsystemet. Cassini meddelte det franske videnskablige akademi, at
uregelmæssighederne kunne forklares, hvis man forudsatte, at lyset
havde en hastighed; dette skete i august 1676. I begyndelsen af
september samme år meddelte Rømer på grundlag af sine observationer,
hvor stor forsinkelse (10 minutter, beregnet ud fra en formørkelsen af
månen Io i august), i forhold til eksisterende efemerider, en
formørkelse d. 9. november ville have. Observationen af denne
formørkelse bekræftede Rømers forudsigelse. Han forelagde sin opdagelse
for akademiet d. 21. november 1676, og d. 7. december blev meddelelsen
bragt i "Journal
des Sçavans", i en artikel der tydeligt ikke er skrevet af Rømer,
men af en der har misforstået dele af hans fremlæggelse (Se "Ole Rømer og den bevægede Jord - en dansk
førsteplads" af Jan Teuber i bogen "Ole Rømer - videnskabsmand og
samfundstjener", Gads Forlag 2004, s. 213).
Interessant i artiklen er hans forudsigelse på de 10 minutter, for man
kunne den gang ret præcist regne de relative afstande til planeterne
ud, på grundlag af Keplers love, dvs. afstandene målt i AU
(middelafstanden mellem jord og sol, som kun var kendt med en vis
nøjagtighed). I artiklen nævnes at hans forudsigelse bygger på
observationer i august, fra den måned kendes tre observationer d. 7.,
14. og 23. og vi ved ikke hvilken der er brugt til at finde tiden d. 9.
november (5:35:45 aften, udregnet uden hensyntagen til lysets tøven),
af Rømers notater fremgår at den først indtraf 5:45:35 altså ca. med de
10 minutters forsinkelse han havde forudsagt. Hvis vi bruger
planetarieprogrammet WinStars 2 til at finde de relevante Jord-Jupiter
afstande får vi for
9/11 - 5,526 AU
7/8 - 4,254 AU forskel til 9/11 1,272 AU
14/8 - 4,316 AU forskel til 9/11 1,210 AU
23/8 - 4,408 AU forskel til 9/11 1,118 AU
og hvis disse forskelle skulle give en tøven på 10 minutter må han have
brugt en værdi for lysets tøven per AU på:
7,9 min/AU hvis observationen d. 7/8 lå til grund
8,3 min/AU hvis observationen d. 14/8 lå til grund
8,9 min/AU hvis observationen d. 23/8 lå til grund
værdier der er meget tættere på den vi anerkender i dag end de 11
minutter (22 min. for 2 AU) man ofte læser der skulle fremgå af hans
artikel.
Afsnittet hvor tallet 22 forekommer kan tolkes på følgende måde:
Han bemærker at for et par omløb af Io er virkningen lille, men
betragter man mange omløb bliver effekten tydelig. Så nævner han som et
eksempel at kikker man på 40 omøb fra den ene side (F) og sammen ligner
med 40 omløb fra den anden side (K) er effekten stor og det i forhold
til 22.
Dette kan forstås som at
Jorden i løbet af de ialt 80 omløb skulle bevæge sig lige så
langt som lyset på 22 minutter. Et omløb tager Io 42,5 time, det giver
141,67 dage for 80 omløb, på denne tid bevæger Jorden sig
2*¶*141,67/365,25 AU = 2,436 AU, og hvis det skulle tage lys 22
minutter svarer det til 9,0 min./AU, et resultat tæt på det ovenfor.
|
|
Nu gik 7 måneder, før der for alvor skete
noget igen, dvs. tiden gik med voldsomme diskussioner, især mellem
Rømer og Cassini, som ikke kunne støtte Rømer fordi han mente at
tilsvarende målinger på de andre af Jupiters måner ikke støttede Rømers
opdagelse.
D. 25. juli 1677 nævnes Rømers opdagelse i det engelsksprogede
tidsskrift "Philosophical
Transactions", Vol. XII, no. 136.
I Holland sidder Huygens og arbejder med sin bølgeteori for lys. I den
har han brug for en lyshastighed, bare tænk på hvad der ville ske med
bølgeformlen: Frekvens gange bølgelængde = hastigheden - enten måtte
frekvensen eller bølgelængden være uendelig stor hvis lys bevæger sig
uendeligt hurtigt, hvilket er uden mening. Han læser d. 16. september
meddelelsen om Rømers opdagelse i Philosophical og sender med det samme
et brev til Rømer, hvori han beder om nærmere oplysninger, han har
svært ved at forstå dette oversatte delvis misforståede referat, bl.a.
mener han at kunne læse at det tager lyset 22 minutter at gennemløbe en
jordbanediameter.
I 1678 præsenterer Huygens sin "Traité de Lumière" for det franske
akademi. I den bruger han jordbanens diameter og de 22 minutter til at
udregne lyshastigheden; han får 16 2/3 jorddiametre pr. sekund. Han
udtrykker også hastigheden som mere end 600.000 gange lydens. Han
var den første, der satte jordisk mål på lyshastigheden.
1679 19. september er der en dobbel måneformørkelse som Rømer omtaler i
det viste brev.
I begyndelsen af 1680 i London holder Hooke en række berømte foredrag,
"Lectures of Light". I disse kritiserer han Rømers opdagelse og holder
fast på, at lyset udbreder sig instantant. For os i dag virker hans
argumenter morsomme, men også tidstypiske, de lyder som følger:
'tis so exceeding swift that 'tis beyond Imagination; for so far he
thinks indubitable, that it moves a Space equal to the Diameter of the
Earth, or near 8000 miles, in less than one single Second of the time,
which is in as short time as one can well pronounce 1, 2, 3, 4: And if
so, why not be as well instantaneous I know no reason....
I 1686 kommer 1. udgaven af Newtons berømte bog "Principia", i hvilken
han nævner de 22 minutter for jordbanediameteren.
1690 udkommer "Traité de Lumière" af Huygens i Paris.
I 1704 udgiver Newton sin bog "Opticks". Her er lyset lige pludselig 8
minutter om at bevæge sig fra Solen til Jorden, ½ jordbanediameter.
Rømer har i sin notesbog "Adversaria" en bemærkning fra året 1706 (side
4 i Kirstine Meyers udgave, 1910), hvor han stiller sig undrende over
for den af Newton angivne værdi.
I 1713 bruger Newton igen de 8 minutter i 2. udgaven af "Principia", og
efter ham alle andre.
Først i 1849 lykkedes det for de to franske fysikere Fizeau og
Foucault, efter forslag fra Wheatstone, Arago og Bessel, at måle
lyshastigheden med et apparat opstillet her på Jorden. Fizeau
informerede det franske akademi om målingen d. 23. juli 1849.
|
|
|
|