8.4. Скорость света
Итак, корпускулярная теория приписывает свету большую скорость в более плотных средах, тогда как волновая - наоборот. Поскольку Араго не окончательно верил в волновую теорию, он предложил провести критический опыт, чтобы установить, какая из этих теорий справедлива.20
Физо (1819-1896). Принципиально опыт Физо был подобен опыту Галилея. Луч проходит в щель между зубцами колеса, вращающегося с большой скоростью. Отраженный луч идет ему навстречу. Базовое расстояние 8633 м. Вращением колеса добиваются, чтобы обратный луч попадал в следующую щель. Значение скорости света, полученное Физо, 313274304 м/с. Последующие проверки уточняли это значение вплоть до Андерсона (1941). Физо и Фуко сначала вместе, потом по отдельности пытались измерить скорость света в средах. Фуко выиграл соревнование в 1850 году с помощью установки, содержащей вращающееся зеркало. База установки составляла несколько метров.
В этом же направлении был важен опыт, поставленный впервые А. Майкельсоном в 1881 с целью измерения влияния движения Земли на скорость света. Отрицательный результат был одним из основных экспериментальных фактов, которые легли в основу теории относительности.
Измерения скорости света сыграли большую роль в физике, дополнительно утвердив волновую теорию света. Была установлена связь оптики с электромагнетизмом, поскольку скорость света совпала со скоростью электромагнитных волн, вычисленной из отношения электромагнитной и электростатической единиц электрического заряда. Это совпадение послужило одним из отправных пунктов при создании Максвеллом в 1864-1873 гг. электромагнитной теории света.
В современных измерениях скорости света
используется модернизированный метод
Физо (модуляционный метод) с заменой
зубчатого колеса на электрооптический,
дифракционный, интерференционный или
какой-либо другой модулятор света,
полностью прерывающий или ослабляющий
световой пучок. С ещё меньшей погрешностью
определяется скорость света как частное
от деления независимо найденных длины
волны
и
частоты
атомарных или молекулярных спектральных
линий. К. Ивенсон и его сотрудники в 1972
по цезиевому стандарту частоты нашли
с точностью до 11-го знака частоту
излучения СН4-лазера, а по
криптоновому стандарту частоты - его
длину волны (около 3,39 мкм) и получили ±
0,8 м/с.
Генеральная ассамблеи Международного
комитета по численным данным для науки
и техники (CODATA, 1973) приняла
скорость света равной с=299792458
1,2м/с.
Наземные измерения систематически дают
большее значение с, чем астрономические.
Причина этого неизвестна.
Все проведенные измерения показали, что показатель преломления среды не равен точно отношению скоростей света в пустоте и в рассматриваемой среде, как того требует теория Френеля. Это расхождение объяснил в 1881 году Рэлей, который ввел понятие фазовой скорости, т. е. не наблюдаемой указанными методами скорости строго монохроматической волны, и “групповой скорости”, скорости гребня волны, получающейся в результате наложения большого числа монохроматических волн. В описанных опытах как раз и измеряется скорость групповая в диспергирующей среде, которая не совпадает с фазовой.
Поскольку физические теории никогда не бывают окончательными, блестящая теория Френеля просуществовала около 20 лет, после чего начались осложнения.