A Jupiter holdjainak fogyatkozása tárta fel a fénysebesség titkát

2021. december 7. 21:09 MTI

345 éve, 1676. december 7-én a dán Ole Rømer (Olaf Römer) a Jupiter holdjainak fogyatkozását vizsgálva észrevette, hogy az rendszeresen a vártnál előbb következik be, ha a Föld közelebb van a bolygóhoz, illetve később, ha a Föld távolabb van a Jupitertől. Römer ebből azt a következtetést vonta le, hogy a fénynek van sebessége, s a késés az az idő, amely a többlettávolság megtételéhez szükséges. Első számításai még nem voltak teljesen pontosak, de a fénysebesség felismerésében tagadhatatlanul a dán kutatóé az érdem.

Ole Rømer tárta fel elsőként a fénysebesség titkait, noha számításaival még közel 30 százalékot tévedett

Korábban

A fénysebesség mérésének gondolata hosszú ideig fel sem merült, még a legnagyobb elmék is, Arisztotelésztől Descartes-ig úgy gondolták, hogy a fény bármilyen távolságot egy pillanat alatt tesz meg.

Ebben csak a 17. században kezdtek kételkedni, s Galilei tette az első kísérletet a fénysebesség meghatározására. Segédjével egy mérföld távolságra két domb tetejére álltak, letakart lámpával kezükben, majd egyikük lámpavillantással jelzett, a másiknak pedig a fényt látva viszonoznia kellett ezt. Mivel a fény ekkora utat ötmilliomod másodperc alatt tesz meg, nem jártak sikerrel, csak az emberi reakcióidőt mérhették meg.

Az első hozzávetőlegesen pontos eredményt a fény sebességére a dán Ole Rømer adta az 1670-es években. A Jupiter holdjainak fogyatkozását vizsgálva észrevette, hogy az rendszeresen a vártnál kicsit előbb következik be, ha a Föld közelebb van a bolygóhoz, illetve később kerül rá sor, amikor a Föld távolabb van a Jupitertől. Rømer ebből azt a következtetést vonta le, hogy a fénynek van sebessége, s a késés az az idő, amely a többlettávolság megtételéhez szükséges.

A Föld-pálya hozzávetőleges ismeretében a feljegyzések szerint 1676. december 7-én végezte el a számítást, s mintegy 226 ezer kilométert kapott, amely a valós értéknél mintegy 30 százalékkal kevesebb. 1728-ban az angol James Bradley a csillagászati aberráció jelenségét felhasználva már 301 ezer km/s értéket határozott meg fénysebességként.

A csillagász portréja (Jacob Coning festménye, 1700 körül)

A fény sebességét 1849. július 23-án mérte először földi, laboratóriumi körülmények között a francia Hippolyte Fizeau. Az eljárás során a fénysugár egy fogaskerék fogai között haladt át, majd egy tükörről a nyolc kilométerre elhelyezett másik tükörre esett, onnan pedig vissza az eredeti fogaskerékre.

Ha a kerék fordulatszámát jól állították be, ezen idő alatt egy fokot haladt előre és a fog miatt a fény nem látszott. A fordulatszám és a megtett távolság ismeretében számították ki a fénysebességet, amelyet durván 314 ezer kilométerrre taksáltak másodpercenként.

A módszert később Léon Foucault tökéletesítette, s 1862-ben már 298 ezer kilométert kapott, amely igen közel áll a mai ismereteink szerinti 299 792 km/s-hoz. A fény sebességét vízben is megmérték és azt találták, hogy az kisebb, mint a levegőben, ezzel pont került a Newton óta zajló vita végére, hogy a fény hullám-e, avagy részecskékből áll. Mivel az elmélet szerint a víz a hullámokat lassítja, a részecskéket felgyorsítja, bebizonyosodott a fény hullámtermészete.

Azóta a fény mérésére egyre pontosabb metódusokat dolgoztak ki és egyre fejlettebb eszközöket (precíziós mérőműszerek, lézer, céziumóra) alkalmaznak. A vákuumbeli fénysebesség értéke 299 792 458 m/s, 1983 óta a méter meghatározása is a fény által a vákuumban a másodperc 1/299 792 458-ad része alatt megtett út hossza. Einstein relativitáselmélete szerint a fény sebessége abszolút, semmi sem gyorsabb nála és független a fényforrás és a megfigyelő sebességétől.