GLAVNA STRANA

Svetlost

Paradoks

Nosilac informacije

Uticaj na starenje

Merenje brzine

Spektar

Energija

Izvor Svetlosti

Dobijanje energije

Promet materije i energije

Kako je počelo

Gradnja materije

Vodonik

 


ANALOGIJA

Uvod - Analogija
Slika kakvu nismo videli
Kopernikova revolucija
Gledali smo sa pogrešnog mesta
Višedimenzionalni prostor
Ekvatorijalna izbočina
Postoje i komete
Nastanak kometa
Sunčev sistem i nastanak kometa
Međuzvezdano poreklo kometa
Nemoguće orbite
"Pluton planete"
Kretanje planeta u obliku rozeta
PRECESIJA
Ledeno doba
Promena položaja polova
Menjanje magnetnih polova
PANGEA Prostiranje kopna
Analogija, Simetrija, Proporcija
GRAĐA ATOMA
Elektronski oblak
Analogija kretanja


5 DIMENZIJA
SVETLOST

ESEJI

MISLI

PRIČE

NOVELA

POEZIJA


5 dimenzija

Merenje brzine SVETLOSTI

  Svetlost je pojava koje je postojala još pre nego je čovek nastao. A kada je i čovek postao deo ovoga sveta svetlost je bila njegov nerazdvojni pratilac. U prvo vreme čovek skoro da i nije bio svestan njenog prisustva. Zapravo shvatao je svetlost na sličan način kao i vazduh, kao pojavu koja mora da postoji zato što on postoji, ili možda obratno da on postoji zato što ona postoji. No kako je vreme odmicalo interesovanje čoveka se pomeralo od osnovnih potreba ka potrazi za saznanjem koje može da zadovolji neke druge potrebe. Tako je još od najdavnijeg vremena postojala čovekova potreba koja je htela da zadovolji svest o sopstvenom postojanju i svetu u kojem on postoji.
  Među mnogim razmišljanjima ili istraživanjima koja su vekovima ljudi činili postajalo je i ono koje je pokušavalo da dokuči prirodu svetlosti koja je bila svedok njihovog svakodnevnog postojanja. Tako su prvobitna shvatanja o svetlosti bila vezana za prirodu božanstva koja su kroz nju (svetlost) delovala i davala ljudima osnovu za život. Iz opisa tih božanstva nije se videla niti prikazala prava priroda svetlosti. Naprotiv prava istina se udaljavala od stvarne spoznaje, ka potrebama onih koji žele da predstavljaju neka od tih božanstava, odnosno ka potrebama sveštenika. Možda ili upravo zbog toga trebalo je da prođe dosta vremena, kako bi se istinski trud o pravoj spoznaji svetlosti uzdigao iznad nečijih ličnih interesa i tražio objašnjenje za pravi uzrok i izvor ove pojave.
  Moglo je da postoji više pokušaja pojedinaca u ljudskoj istoriji koji su hteli da nađu objašnjenje ove prirodne pojave, ali ono što postoji u istoriji zabeleženo kao pravi eksperiment o spoznaji prirode svetlosti, izgleda da nije počelo pre Isaka Njutna. U osnovi ono što je zaokupilo njegovu pažnju bilo je prelamanje svetlosti i spektar koji je svetlost davala kada prolazi kroz prizmu. Zainteresovan time odlučio je da posveti pažnju proučavanju tog fenomena. Neki navode da je umesto vereničkog prstena kupio prizmu i na taj način se posvetio naučnom istraživanju. Između ostalog Isak Njutn (1643. - 1727) je definisao univerzalni zakon gravitacije, osnovne zakone mehaničkog kretanja, zakon hlađenja u nauci o toploti i zasnovao korpuskularnu teoriju svetlosti, koja se sigurno zasniva na proučavanju prelamanja svetlosti. U svojim proučavanjima dolazi do niza otkrića iz oblasti optike. No pored svih otkrića koja je dobio proučavanjem prelamanja svetlosti Njutn nije ni mislio o tome da postoji neka brzina kojom se ona prostire kroz prostor.

Prvo merenje brzine svetlosti

  U ranom sedamnaestom veku, mnogi su verovali da ne postoji tako nešto kao ,brzina svetlosti', zapravo mislilo se da svetlost pređe bilo koju razdaljinu u jednom istom trenutku. Međutim Galileo Galilej (1564. - 1642.) se nije složio sa tim mišljenjem pa je pomislio da će biti u stanju da izmeri brzinu svetlosti.
  Tako da je jedne tamne noći, Galileo poslao svog pomoćnika sa upaljenim fenjerom koji je bio prekrivenim kofom na udaljeni brežuljak. Galilej je takođe imao fenjer pokriven kofom. Kada su obojica bili na svojim mestima, Galilej je podigao kofu sa svog fenjera i omogućio da svetlost putuje kroz prostor, a to znači i prema pomoćniku. Ovaj je imao zadatak da u trenutku kad ugleda svetlo sa Galilejevog fenjera odmah i sam otkrije svoj fenjer. Svetlost vidljiva iz njegovog fenjera stigla bi do Galileja koji je merio ukupno vreme, od kad je podigao kofu do prijema svetlosnih zraka iz drugog fenjera. Prilikom ovog eksperimenta nije se mislilo o prirodi izvora svetlosti, gde je jasno da svetlost iz fenjera ne može biti jednaka, niti može da se poredi sa onom svetlosti koja je dobijena od Sunca. Zapravo o tome se ne misli ni danas iako je prošlo toliko dugo vremena. No imao je Galilej drugih problema sa kojima se suočio u to vreme.
  On je mislio da može, na osnovu rastojanja između sebe i pomoćnika, kao i na osnovu izmerenog vremena da odredi brzinu svetlosti. Ali tada je nastao veliki problem. Svaki put kad bi ponovio eksperiment Galilej je dobijao različite rezultate, pa iz tih rezultata on nije mogao da izvede nikakav zaključak. Trebalo je da prođe mnogo godina posle Galileja, kada je postalo jasno zašto Galilejev pokušaj nije uspeo. Vreme koje je bilo potrebno Galileju i njegovom pomoćniku da reaguju na uočenu svetlost fenjera bilo je mnogo veće u odnosu na vreme potrebno svetlosti da prevali put između njih dvojice. Ako je za njihovu reakciju od trenutka kada uoče svetlost bila potrebna jedna sekunda, za to vreme svetlost bi 14 puta obišla Zemlju. A u osnovi je jasno da to ne bila ona svetlost koja je dobijena iz fenjera, po čemu se opet vidi da viđenje i priroda svetlosti pre svega zavisi od izvora iz kojeg nastaje.

IDEJA O STACIONARNOM ETERU

  Mnogo godina pre ,preciznog' merenja brzine svetlosti bilo je poznato da je za prostiranje zvučnih, odnosno mehaničkih talasa, neophodno postojanje sredine kroz koju bi se ovi talasi kretali. Postojanje sredine kroz koju talas putuje uslovljeno je time što se talas prostire prenošenjem vibracija sa jedne čestice na drugu. Izgleda razumljivo zašto su ljudi smatrali da je i za prostiranje svetlosti, odnosno elektromagnetnih talasa, neophodno postojanje sredine kroz koju bi se oni kretali, zapravo da mora postojati neka materija (supstanca) čije bi čestice vibrirale i na taj način prenosile svetlosni talas.
  Znalo se da u ogromnom prostranstvu između planeta i zvezda nema nikakvog materijalnog medijuma, jer ceo taj prostor bio je vakum. Tako da vakum, u osnovi predstavlja bezvazdušni prostor, gde gravitacija sav vazduh ili druge oblike atmosfere na ostalim planetama zadržava u svojoj blizini. No niko još uvek ne razmišlja o tome da je prostor između planeta i zvezda uvek ispunjen energetskim tokovima, među kojima, jedan mnogo mali deo prenosioca energije jeste i svetlost. Ipak u ono vreme niko nije mogao da veruje kako se svetlost prostire 150 miliona kilometara od Sunca do Zemlje kroz prazan prostor. Tada niko nije verovao da za prostiranje svetlosti nije potreban nikakav medijum, pa su hipotetičnog prenosioca svetlosti nazvali svetlosnim (lumeniferoznim) eterom. Prema toj ideji etar je ispunjavao sav vasionski prostor za koji su do tada smatrali da je prazan. Ideja o postojanju etera je delovala logičnom i etar je prihvaćen kao jedan od materijala koji postoji u vasioni.
  Neki naučnici su čak pokušavali i da izračunaju gustinu etera! Sve ideje o postojanju etera bile su obične i lako prihvatljive, trebalo je samo detektovati taj etar. Jedan od najčešće korištenih efekata u pokušaju detekcije etera bio je vezan za ,pomeranje' svetlosnih talasa koji putuju kroz etar. Bilo je mnogo pokušaja detektovanja etera, ali su na kraju svi dolazili do istog zaključka, a to je da tako nešto ne može da se otkrije.

Romerova astronomska metoda

  Prvo uspešno merenje brzine svetlosti bilo je astronomsko merenje. Posle Galilejevog neuspeha bilo je jasno da bi za određivanje brzine svetlosti bilo potrebno merenje vremena prolaska svetlosnog zraka preko velikog rastojanja, većeg od obima Zemlje, ili da se koristi kraće rastojanje, ali pod uslovom da se raspolaže preciznim časovnikom. Ubrzo posle neuspeha Galileja javila se ideja o astronomskoj metodi, tako da je, jedno od Galilejevih ranih otkrića u astronomiji omogućilo uspeh te metode. 1610. godine, Galilej je prvi put upotrebio teleskop u astronomiji, kada je pomoću njega otkrio četiri najveća Jupiterova satelita (nazvani Galilejevi sateliti).
  Danski astronom Olaf (Christensen) Romer (1644-1710), je1675. godine izmerio periode rotacije ova četiri satelita. Međutim dobio je drugačije rezultate kada ih je opet izmerio nakon šest meseci! Romer je radio za francusku vladu, pa je učestvovao i kao konstruktor veličanstvenih fontana u Versaju 1681. godine. Za posmatranje noćnog neba on je koristio lično konstruisane instrumente. Posle studija u Kopenhagenu, Romer se uputio u opservatorijum Uranienborg-a na ostrvu Hven, blizu Kopenhagena, 1671. godine.
  Tokom nekoliko meseci, Jean Picard i Romer posmatrali su oko 140 rotacija Jupiterovog meseca Jo, dok je u Parizu Giovanni Domenico Casini posmatrao takođe te iste rotacije. Casini je posmatrao Jupiterove mesece između 1666 i 1668, i otkrio neslaganje u njegovim merenjima, odmah je shvatio da je to zbog kašnjenja svetlosnih zraka i tako otkrio da svetlost ima konačnu brzinu. Godine 1672. Romer se uputio za Pariz i nastavio je da posmatra Jupiterove mesece, zajedno sa Casinijem kao njegov asistent. Romer je uporedio svoje lične podatke posmatranja sa Casinijevim, gde je uočio da vreme perioda rotacije meseca Jo, jeste kraće kako je Zemlja bliže Jupiteru i duže kako Zemlja odmiče od njega. Ako svetlost nema beskonačno veliku brzinu, znači da je njoj potrebno određeno vreme da stigne od Jupitera do Zemlje.

    Casini je objavio kratak članak 1675. U jednom delu se navodi: ''Ova nejednakost uslovljena je time što svetlosti treba vremena da stigne od satelita do nas; kako se čini, svetlosti treba oko deset do jedanaest minuta da pređe put polovine zemaljske orbite''. Casini je izgleda zapostavio svoju teoriju, koju je Romer prihvatio kao verovatnu. Odredio je da taj period iznosi približno 42,5 sati (ili 1.76 dana) kada se Zemlja nalazi u tački svoje orbite koja je najbliža Jupiteru.
  Nakon šest meseci Zemlja će se naći na suprotnoj strani orbite oko Sunca, odnosno biće na najvećem rastojanju od Jupitera, a Jupiter će se na svojoj putanji pomeriti zanemarljivo malo. Romer je očekivao da može da predvidi precizno pomračenja Jupiterovog meseca opet u intervalima od po 42,5 sata, ali situacija je bila nešto drugačija. On je našao da se pomračenja dešavaju sa sve većim i većim zakašnjenjem kako se Zemlja udaljavala od Jupitera, i nakon šest meseci, kada je ona bila najdalja, ovo zakašnjenje iznosilo je 1000 sekundi.

    Jupiterov mesec Jo, je najviše vulkanski aktivan svet u sunčevom sistemu i isto tako ima najveću temperaturu od 1727o na površini.

  Romer je izračunao da vreme koju svetlost pređe na putu koji ima dužinu prečnika Zemljine orbite, jeste razdaljina od dve astronomske jedinice, ili 22 minuta. Ovo vreme je bilo nešto više od prvobitno izmerenog, a ono je bilo otprilike 16 minuta i 40 sekundi. Njegovo otkriće objavljeno je 7 decembra 1676. godine u jednom ondašnjem žurnalu, gde je naveo: ''da pređe rastojanje od otprilike 9000 morskih milja, što je približno veličini prečnika Zemlje, svetlu je potrebno manje od jedne sekunde''. Mogao je tada precizno da predvidi da će 9. novembra 1676 rotacija meseca Jo, zakasniti 10 minuta.
  Romer nikada nije izračunao brzinu svetlosti, možda zato što razdaljina između Zemlje i Sunca, nije bila dobro poznata u to vreme. Ipak, kod njega u svesci pronađen je podatak koji je izračunao, gde se brzina svetlosti kreće otprilike 1091 zemaljski prečnik u minuti.
  Romerova metoda ušla je u istoriju kao prvo uspešno određivanje brzine svetlosti. Mnogi su kasnije uspeli da upotrebe njegove podatke i da izračunaju kolika je brzina svetlosti, a prvi koji je to postigao bio je Kristijan Hajgens. On je zaključio da svetlost pređe 16,6 zemljinih prečnika po sekundi. Da je Romer svoja saznanja iskoristio u njegovo vreme kad se smatralo da je prečnik Zemljine orbite mnogo manji, tačnije 284 miliona km, umesto tačnih 300 miliona km, dobio bi malu vrednost za brzinu svetlosti od oko 220 000 km/s.

FIZOVA METODA

  Prvo određivanje brzine svetlosti bez upotrebe astronomskih metoda izveo je Armand Fizo (1819-1896) u 1849. godini. Metod koji je korišten podsećao je na Galilejev pokušaj, ali ovaj je uspeo da prevaziđe jedini nedostatak Galilejevog eksperimenta. Imao je mogućnost tačnog merenja kratkog vremenskog intervala u kome svetlosni zrak prelazi relativno kratko rastojanje na Zemlji.
  Aparatura za ovaj eksperiment sastojala se od jednog zupčanika koji je okretan sistemom kotura i tegova. Izvor svetlosti bila je upaljena sveća. Na rastojanju od 8 km od sveće nalazilo se ravno ogledalo. U slučaju kada se kotur ne okreće svetlost sveće prolazi između dva zubca, prelazi put od 8 km do ogledala i vraća se natrag istim putem, opet prolazi kroz isti prorez i stiže do oka posmatrača, koje se nalazi iza sveće. Ako bi se sada zupčanik zarotirao svetlosni snop koji polazi od sveće bio bi iseckan zupcima koji prolaze ispred sveće.


  Rezultat ovoga biće niz snopova poslatih ka ogledalu, a dužina svakog snopa zavisiće od brzine okretanja zupčanika; što se zupčanik brže okreće snopovi bi bili kraći. Svi ovi snopovi svetlosti putuju do udaljenog ogledala, od njega se odbijaju i istim putem se vraćaju nazad. Kada svetlosni snop stigne nazad do zupčanika on neometano može proći do oka posmatrača, ali isto tako može naići naprepreku, odnosno zubac zupčanika, i tu završiti svoje 16 km dugo putovanje. Da li će posmatrač da vidi svetlosni snop ili ne zavisi od brzine okretanja zupčanika. Ako se zupčanik okreće sporo zubac će zakloniti dolazeći svetlosni snop, ali ako je njegova rotacija dovoljno brza svetlost će proći kroz prorez iza zubca i posmatrač će moći da ga vidi. Znači da svetlost pređe put od 16 km za vreme koje je potrebno da jedan zubac bude zamenjen sledećim, a to vreme je mogao da odredi znajući brzinu rotacije zupčanika koju je već izmerio. Na ovakav način Fizo je dobio da brzina svetlosti iznosi 313. 870 km/s, što je za oko 5% više nego prava vrednost, ali bilo je to vrlo precizno merenje za to vreme kada je ono izvedeno.

Majkelsonovo precizno merenje

  Sigurno najpoznatije merenje brzine svetlosti izvršio je američki fizičar nemačkog porekla Albert (Abraham) Majkelson (1852-1931) 1906. godine. On i Edvard Viliam Morlej (Edward Williams Morley) su 1887. izveli eksperiment za određivanje relativne brzine kretanja Zemlje u odnosu na etar, a uz pomoć interferometra koji je Majkelson konstruisao. Eksperiment nije dokazao kretanje Zemlje u odnosu na etar, što je dovelo do krize u fizici koja je rešena Ajnštajnovom teorijom relativnosti. Iz čega se vidi da je određivanje brzine svetlosti bilo uslovljeno potrebom da se zadovolji teorija koja se u isto vreme pojavila. Ova brzina je definisana kao mera koja je dalje mogla da se koristi u složenim proračunima koji su sledili iz teorije. Sve to je tada bilo međusobno uklopljeno kako bi vodilo ka željenom cilju, pri čemu su se verovatno izbegavale one provere koje nisu vodile ka is-tom cilju. Zato uvek postoje trenuci za sumnju koja vodi ka preispitivanju ustaljenih obrazaca koji su nametnuti kao dogma, jer postoji mogućnost da su oni bili neprecizni ili možda pogrešni! (O čemu će biti reči u sledećim naslovima.)

    Majkelson je dobio Nobelovu nagradu; "za njegove optičke instrumente, te spektroskopska i meteorološka istraživanja koja je izveo uz njihovu pomoć". Tako da se smatra da je za svoj eksperiment, koji je po preciznosti i eksperimentalnoj tehnici, potpuno prevazišao sve njegove prethodnike Majkelson dobio Nobelovu nagradu za fiziku 1907. godine. Princip eksperimenta je sličan principu koji je koristio i Fizo, sa tom razlikom što je umesto rotirajućeg zupčanika Majkelson koristio obrtno, mnogostrano ogledalo za seckanje svetlosnog talasa u pojedinačne zrake. Mnogostrano ogledalo je bilo oblika šestougla, a na svakoj njegovoj strani bilo je postavljeno po jedno ravno ogledalo. Ogledalo je pokretao elektromotor pa je brzina rotacije mogla precizno da se podešava.
  Na početku eksperimenta sistem ogledala miruje. Svetlost dolazi sa izvora (sijalice), neometano prolazi paralelno jednoj strani ogledala, stiže do udaljenog ogledala, odbija se, i vraća se nazad istim putem do oka posmatrača. Ako se ogledalo pokrene da rotira nastupiće slične situacije kao i kod Fizovog zupčanika. Ako ogledalo rotira nedovoljno brzo, sledeća strana ogledala neće zauzeti dobar položaj da omogući odbijenom svetlosnom snopu da stigne do posmatrača, ali ako bi brzina rotacije bila dovoljna, sledeće ogledalo bi se našlo u odgovarajućem položaju i svetlosni zrak bi stigao do posmatrača. U slučaju kada posmatrač uspe da vidi svetlost koja se odbila sa udaljenog ogledala obrtno ogledalo ostvari jednu šestinu obrta za vreme koje je potrebno svetlosti da ode i vrati se nazad. Kako je poznata brzina rotacije, lako se određuje vreme putovanja svetlosti, a kada su poznati vreme i pređeni put vrlo je jednostavno odrediti i brzinu. Majkelson je radi veće preciznosti merenja pored šestostranog ogledala koristio i ogledalo sa 8, 12 i 16 strana.
 


  Sva ta ogledala bila su postavljena na planini Maunt Vilson u Kaliforniji. Udaljeno ravno ogledalo bilo je postavljeno na planini Maunt San Antonio, udaljenoj približno 35,5 km (22,5 milja). Iz razloga što je tačnost rezultata mnogo zavisila od tačnosti merenja rastojanja između ovih ogledala, Služba za obalska i geodetska premeravanja izmerila je to rastojanje isključivo za Majkelsonov eksperiment sa greškom manjom od 5 cm. Zahvaljujući preciznosti sa kojom je obavljana svaka etapa eksperimenta rezultati se mogu smatrati tačnim do manjeg dela od jednog procenta.
  Kasnije Džon Hal je bio vodeća osoba u naporima da se izmeri brzina svetlosti, koristeći lasere sa ekstremno visokom stabilnošću frekvencije. Tačnost merenja bila je ograničena izborom definicije metra. Uz pomoć najboljih merenja 1983. godine brzina svetlosti je definisana tačno na 299 792 458 m/s.
  Kao rezultat prvog i kasnije izvedenih eksperimenata dobijena je brzina svetlosti od približno 300. 000 km/s (preciznije 299. 792. 458 m/s (?)).
 
Početak stranice

Kontakt adresa: v.nikola@analogija.com

Sledeća