كيف تم قياس سرعة الضوء

نبذة عن سرعة الضوء

في الفيزياء تعتبر سرعة الضوء خلال الفراغ من الثوابت الفيزيائية العالمية التي يتمّ توظيفها في العديد من المجالات الهامّة والحساسة، حيث تقدر قيمة هذا الثابت بحوالي ثلاثمئة ألف كيلو متر تقريباً يقطعها في زمن مقداره ثانية واحدة فقط، وهي ما تعادل مليار كيلو متر خلال الساعة الواحدة.

وفقاً لمبادئ النظرية النسبية فإنّ سرعة الضوء تعتبر السرعة القصوى التي يمكن لأشكال الطاقة، أو المعلومات، أو المادة أن تسافر بها في الفضاء، وهي أيضاً السرعة التي تسافر بها الجسيمات عديمة الكتلة ومجالاتها عبر الفراغ، ويرمز لسرعة الضوء بالرمز C، أمّا الضوء فينتقل في المواد الشفافة كالهواء والزجاج بسرعة تقل عن الثابت C، ومن هنا فإنّ النسبة بين C، وبين سرعة الضوء في أي مادة هي التي تدعى باسم قرينة الانكسار، ومنه فإنّ حاصل قسمة الثابت C على قرينة الانكسار يعطينا سرعة الضوء في أي مادة، ولكن يبقى السؤال: كيف استطاع العلماء التوصل إلى مقدار سرعة الضوء؟

قياس سرعة الضوء

تاريخياً، مرّت عملية قياس سرعة الضوء بمراحل عديدة، فلطالما شكلت هذه القيمة هاجساً كبيراً لدى العلماء، ومن هنا قام العالم جاليليو بعمل تجربة لقياس سرعة الضوء، وقد عاونه في ذلك معاونان في ذلك، إذ قام بإيقافهما على هضبتين تبعدان عن بعضهما بمسافة كيلو متر واحد، وقد أعطى كل واحد منهما مصباحاً يغطيه كل واحد منهما بيده، وعندما يأخذان الإشارة من جاليليو يرفع الأول يده عن المصباح، وبمجرد أن يلمح زميله على الهضبة الأخرى الضوء يقوم برفع يده عن مصباحه، وسرعة الضوء تحتسب من خلال حساب الزمن بين رفع كل مساعد من المساعدين يده وبأخذ كافة العوامل الأخرى بعين الاعتبار ينتج سرعة الضوء، وبعد أن قام بهذه التجربة وجد جاليليو من ذلك أنّ الزمن الذي احتاجه الضوء ليقطع المسافة هو صفر أي أن سرعة الزمن لا نهائية، وقد تكررت التجربة على مسافات أبعد فكانت التجربة تعطي النتيجة نفسها.

بعد ذلك قام العلماء بالعديد من التجارب وكانت بعضها تقترب من القيمة الحقيقة، وبعضها تبتعد، ولعل من التجارب الأبرز في هذا المجال ما قام به العالم جيمس برادلي لقياس الضوء عن طريق الظاهرة التي تعرف باسم زيغ الضوء، وفي نهايات القرن التاسع عشر تقريباً استطاع ميكلسون ومورلي من اكتشاف سرعة الضوء من خلال اختراع جهاز دقيق للغاية، وقد قاس هذا الجهاز سرعة الضوء بالشكل الأمثل، ولكن المحاولات لم تنته فقد استمرت عمليات قياس سرعة الضوء إلى أن وصلنا إلى قيمة أدق من قيمة ميكلسون ومورلي، ولكن القيمة التي استنتجها هذان العالمان هي أول قيمة قريبة جداً إلى القيمة الحقيقية، وبنسبة خطأ ضئيلة جدّاً أيضاً، ويذكر أنّ القيمة التي توصل إليها هذان العالمان هي 299.796 كيلو متر في الثانية، في حين تمّ التوصل إلى قيمة جديدة في العام ألف وتسعمئة وثلاثة وثمانين وهي 299.792.458 كيلو متراً في الثانية.