5時間置きに隠蔽が観測されるはずとして「観測予定時刻」を計算した。そして地球が公転軌道上で木星に近づいた位置に移動した5ヵ月後に再度イオが隠れる時刻を調べると、「観測予定時刻」よりも早くなっている事を確認した。この結果からレーマーは、光は地球軌道の直径を横切るのに22分かかると結論した。 ジョヴァンニ・カッシーニ の観測より得られた地球-太陽間距離を用いると、レーマーの得た光速は約21. 3万 km/s となる。これは実際の光速より3割ほど遅い数字だったが、光の速さが有限であることを証明し、その具体的な速さを初めて与えた [6] 。レーマーの友人 アイザック・ニュートン もこれを認め、この光速の値を著書に記した [6] 。
1729年に ジェームズ・ブラッドリー は 季節 による星の 光行差 から光速を求めた。彼の測定値は301000km/sであった。
1849年、 アルマン・フィゾー は、天体現象を利用せずに、 回転 する 歯車 を使って、初めて地上の実験で光速を測定した。ランプの光を ビームスプリッター で 直角 に曲げ、筒の中で720枚の歯がついた歯車を通過させて光を等間隔に分断して放ち、約8. 6 km離れた反射鏡で折り返し、筒の中で同じ歯車を通して観察した。歯車の回転が遅いうちは、凹部を通った光は反射され同じ凹部から見える。しかし回転数を上げると、やがて反射光が凸部(歯の部分)で遮られるようになる。フィゾーは、この時の12. 6回転/ 秒 から、(8. 6 km)×2 = 17. 気になる数字をチェック！ 第15回 『秒速 299,792,458 m』 – R＆BP｜北大リサーチ＆ビジネスパーク. 2 kmを光が進む時間は(1秒)/(12. 6回転/秒)/(720×2)(歯車の凸部と凹部の間の個数 = 歯の数の2倍)= 0. 000055 秒と計算した。これらから光速は約31. 3万 km/sという値を得た [7] 。
1850年 に フーコー は回転ミラーを使った光速の測定を行い、水中で光速が遅くなることを実証した。真空中の光速は 1862年 に298000±500km/sという値を得ている。
1873年 から マイケルソン はフーコーの方法を改良して光速の測定を続けた。 1926年 の測定値は299796±4km/sである。
その後 マイクロ波 を使う方法、 レーザー の使用などにより測定の精度が高まった [8] 。
1983年 には、 国際度量衡総会 により、 メートル を光速によって定義することとなった。これにより、真空中の光速が299 792 458 m/sと定義されたことになる。
電磁波の伝播と光速度 [ 編集]
マクスウェルの方程式 によれば、 電磁波 の伝播速度は次の関係で与えられる。
( c は一定)
ここで、 ε 0 は 真空の誘電率 、 μ 0 は 真空の透磁率 である。 ジェームズ・クラーク・マクスウェル はこの式を観測ではなく 理論 から導いたが、判明していた値 ε 0 = 8.
光の速度を測れ！ | キヤノンサイエンスラボ・キッズ | キヤノングローバル
85 × 10 −12 N/V 2 、 μ 0 = 1. 26 × 10 −6 N/A 2 を代入すると、真空中の電磁波の速度が約30万 km/sとなり、フィゾーが測定した光速度とほぼ一致した [9] 。この事から、マクスウェルは当時正体がよくわかっていなかった光の波が 電磁波 の一種であることを提唱した [9] 。これは後に ハインリヒ・ヘルツ によって実証された。
物質中の光速 [ 編集]
光速は、 物質 中では 真空 中よりも遅くなる。 屈折 という現象がおきるのは、光速が 媒質 によって異なるためである。また、物質中の光速よりも速い速度で 荷電粒子 が運動することが可能であり、このとき チェレンコフ放射 が発生する [10] 。
物質の絶対 屈折率 は、真空中の光速をその物質中の光速で割った値で定義されている。たとえば 水 の 屈折率 は可視光領域波長で約1. 光の速度を測れ！ | キヤノンサイエンスラボ・キッズ | キヤノングローバル. 33、真空中の光速度は約30万km/sであるから、水中での光速度は約22. 5万km/sとなる。
超光速の観測と実験 [ 編集]
物理学の未解決問題
光より速く進むことは可能か?
8cであったとする。このとき、二つの物体は2倍の1.
光の速度は秒速約30万キロメートル | ナゾコツ
私たちの身のまわり(自然界)で一番速いものはなんでしょうか。みなさんは、きっと「それは、光さ。」と答えるでしょう。そうです。光は、1秒間に約30万kmも進みます。それは、地球を7周半もする距離なのです。
ところで、このように速い光の速度をどのような方法で測ったのでしょう。
ガリレオ・ガリレイ(1564〜1642)は、5kmはなれた2つの山の頂上に"おけをかぶせたランプ"をおき、片方のランプの光が見えたらもう一つの山のおけをとり、その間にどれくらい時間がかかったかをはかって光の速さを調べようとしました。
しかし、この方法はみごとに失敗でした。5kmくらいの距離ですと、光はわずかO. OO0017秒ほどで進んでしまい、おけをもち上げる時間の方がはるかにかかるのです。
光の速さを最初にはかったのは、デンマークの天文学者レーマー(1644〜1710)です。
レーマーは、1676年、木星のまわりをまわる衛星の周期が半年間はおそくなっていき、あとの半年間ははやくなっていくことから、光の速度を測れると考えました。つまり、地球が木星に近づいていくと、その距離の分だけ衛星のまわりをまわる速さははやくなっているように見えるのです。
レーマーは、このことから、光が地球の公転軌道を横切るのに約22分かかることを発見したのです。そして、その計算の結果、「光の秒速は約22万kmである。」としました。
でも、ガリレオが試みたように、地球上で光の速さを最初に測ることに成功したのは、レーマーの発見から173年も後のことなのです。
フランスの物理学者フィゾー(1819-1896)は、光源と鏡の間に歯車(歯の数720)をおき、歯車をはやく回しました、すると、光は歯車でさえぎられたり、さえぎられなかったりします。歯車と鏡の距離(8. 6km)と歯車の回転数から、光が歯車と鏡の間を往復する時間がわかり、光の速さが求められます。
この実験から、フィゾーは、光の速さを「1秒間に31万1400km」としました。
またフーコーは、1850年、歯車のかわりに回転する鏡をつかって光の速さをはかりました。フーコーは、この実験で、水中での光の速さが空気中の3/4ほどであることをみつけました。
フィゾーやフーコーが実験を行ってから約80年たって、アメリカの物理学者マイケルソン(1852-1931)が、ついに現在信じられている説に近い光の速さを地球上で測定しました。
マイケルソンは、平面の回転鏡のかわりに多面体の回転鏡を使い、光源との距離を35kmはなしておきました。その結果、光は秒速約30万kmと計算されました。
現在は、いろいろな測定の結果をもとにして、光の秒速は、29万9793kmとされています。
光の速さだけでなく、"光とはどんなものか"ということは、大昔からいろいろな人によって研究されてきています。
気になる 数字を チェック! 第 15 回 『秒速 299, 792, 458 m』
Blog
2015年4月7日
「光は1秒間に地球を7周半する。」
有名な例えなので、聞いたことがある方も多いのではないでしょうか。光の速さは299, 792, 458 m/s、つまり秒速約3億m(30万km)です。同じように五感で感じる音速は340. 29 m/sですから、光のほうが音より約88万倍速い。遠くの花火の光が見えてから、音が聞こえるまで時間がかかるのも両者の速さに違いがあるからです。
実はこの光速、19世紀にはすでに約31万km/sというほぼ正確な値が測定されていました。一体どのように測ったのでしょうか。その方法をご紹介します。
1849年、地上で初めて光速を測定したのはフランスの物理学者アルマン・フィゾー(1819-1896)です。光源から出た光が、回転する歯車のすき間(凹部)を通って進み、9km先の反射鏡ではね返ってくる様子を観察しました。
フィゾーの歯車の実験 (参考:Newton別冊『光とは何か?』2007年, pp. 72-73)
歯車の回るスピードが遅いときは、反射した光は行きと同じ凹部を通過して戻ってくるので、観測者の視界は明るくなります。しかしどんどん歯車の回転数を上げていくと、反射して戻ってくる光はあるところで歯車の凸部分に遮られ、観測者の視界は暗くなります。フィゾーはこの「観測者の視界が暗くなったときの歯車の回転数」を利用しました。つまり「往復で18kmの距離を進む光よりも速く、歯車の歯が動いたときの歯車の1秒あたりの回転数」から、光速を計算したということです。なんと見事なアイデアでしょうか。
歯車の歯の数は720個、求めた歯車の1秒あたりの回転数は12.
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もくじ
第1章 生物分野 第2章 地学分野 第3章 化学分野 第4章 物理分野
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