"A fénysebesség mérése
A fény sebessége másodpercenként nagyjából 300 000 kilométer, vagyis másodpercenként hét és félszer kerüli meg a Földet. Mivel ez földi léptékben mérve szinte érzékelhetetlenül gyors, ezért néhány száz évvel ezelőtt még úgy hitték, hogy a fény végtelen nagy sebességű, nincs is szüksége időre a terjedéshez. Persze nem mindenki gondolta így. Ismereteink szerint Galilei volt az első, aki megpróbálta megmérni a fény sebességét, de a korabeli módszerekkel ez még nem sikerülhetett.
A fénysebességre az első közelítő értéket Olaf Römer (1644 - 1710) dán csillagász megfigyelései szolgáltatták. A közhiedelemmel ellentétben Römer eredetileg nem a fénysebességet akarta megmérni, hanem a tengeri hajósok számára keresett égi órát. A Jupiter holdjait akarta órának felhasználni, mert a holdak keringési idejét állandónak gondolta. Ezért távcsővel több éven keresztül figyelte a Jupiter holdjait, és feljegyezte a keringési idejüket. Nagy meglepetésére a keringési idők nem voltak állandók, hanem éven belüli ingadozást mutattak. Fél éven át gyorsabban keringetek, majd a következő fél évig lassabban. A több éves adatok alapján Römer rájött, hogy a Jupiter holdjainak egyenetlen keringése csak látszólagos. A valóságban egyenletes a keringésük, csak a Földről nézve tűnik egyenetlennek. Az eltérést a Földnek a mozgása valamint a fény véges sebessége együttesen okozza. Amikor a Föld fél éven keresztül közeledik a Jupiterhez, a holdak keringése gyorsabbnak látszik. A következő félévben pedig, amikor a Föld távolodik a Jupitertől, a holdak keringése lassabbnak látszik. Ez azért van, mert amikor a Föld távolodik a Jupitertől, a holdakról a Földre érkező fénynek mindig egy kicsivel nagyobb utat kell megtenni, ami kicsit több időbe telik. Ez a plusz idő a Földről nézve látszólag hozzáadódik a hold keringési idejéhez. A fél év alatt felhalmozott késés megmérése után, a földpálya ismeretében Römer nagyjából ki tudta számolni a fény sebességét, amelyre 220 000 km/s értéket kapott. Ez nagyságrendileg megegyezik a ma ismert 300 000 km/s-os értékkel, csupán kb. 80 000 km/s hibát tartalmaz.
Ettől pontosabban James Bradley (1693-1762) angol csillagász, a fényaberráció felfedezője mérte meg a fény sebességét egy hosszú lencsés távcső segítségével. A módszer a következő volt. Ha egész éven keresztül távcsővel ugyanazt a csillagot folyamatosan megfigyeljük, akkor úgy látjuk, hogy a csillag egy kis ellipszist ír le a távcsőben a valóságos helyzete körül. A csillag valóságos iránya és a látszólagos iránya között van egy kis szögeltérés, amit a Föld Nap körüli keringő mozgása okoz. Ismerve a Föld keringési sebességét és az eltérés szögét, kiszámítható a fénysebesség. Így Bradley 0,4% pontossággal tudta meghatározni a fénysebességet, amely csupán kb. 1200 km/s-os mérési hibát jelentett.
Földi körülmények között először Fizeau (1819-1896) francia fizikus mérte meg a fény sebességét 1849-ben egy fogaskerekes berendezéssel. A mérés lényege a következő volt: egy fogaskerék két foga közötti hézagon keresztül egy fénysugarat irányított egy távoli tükörre. A tükörről visszaérkező fénysugár szintén a két fog közötti hézagon érkezett vissza, és így látható volt a fogaskerék éles képe a tükörben. Ezután Fizeau forgatni kezdte a fogaskereket, folyamatosan növelve a fordulatszámot. Ennek hatására a fogaskerék képe életlenné vált, majd el is tűnt, mert a visszatérő fénysugár a fogaskerék fogába ütközött. Tovább növelve a forgási sebességet ismét láthatóvá vált a kép, mert a fénysugár a következő foghézagon tért vissza. A fogaskerék fordulatszámából, méreteiből, és a tükör távolságából kiszámította a fénysebességet, amely 315 000 km/s-ra adódott. Ezek után Foucault, majd Michelson egy forgótükrös műszerrel tovább fokozta a pontosságot. Végül a legpontosabb értéket Evenson és társai mérték lézer-interferometriás módszerrel. A mérések eredményeit a következő táblázat tartalmazza.
A mérésekhez két megjegyzést:
- A méréseket a Földön lévő műszerrel végezték, így a mért értékek a Földhöz viszonyított fénysebességet mutatják
- A földi mérések mindegyike oda-vissza úton történt, tükörről visszaveretve a fényt. Vagyis nem tisztán két pont közötti fénysebességet mértek, hanem a két pont közötti oda-vissza irányú sebesség átlagát. "
