سرعت نور چگونه اندازه‌گیری شد؟
سال اکتشاف: 1928
این کشف چه می‌گوید؟
سرعت نور- عددی ثابت است.
چه کسی آن را کشف کرد؟
آلبرت میچلسون Albert Michelson
اواخر سال‌های قرن نوزدهم تعیین سرعت واقعی نور اهمیت کمی برای ستاره‌شناسان داشت زیرا ستاره‌شناسان تنها کسانی بودند که با این عدد سر و کار داشتند. (مسافات در فضا با معیار سال نوری – مقدار مسافتی که نور در یک سال طی می‌کند – سنجیده می‌شود.) از آن جا که اندازه‌گیری آنها در هر حال تقریبی بود، آنها حدود 5 درصد (یا گاهی 10 درصد) تقریب اشتباه منظور می‌کردند.
بعد آلبرت اینشتین معادله معروف ماده – انرژی خود E=mc2 را ارایه کرد. بناگاه سرعت نور «C» برای بسیاری از محاسبات حیاتی شد. پیدا کردن مقدار واقعی سرعت نور در اولویت اول قرار گرفت. سرعت نور یکی از دو ثابت مهم در علم فیزیک شد. حالا 1 درصد اشتباه و حتی 1/0 درصد اشتباه هم زیاد و غیرقابل شد.
این کشف به اختراع فناوری‌ها و ابزار جدید نیازمند بود. درست همانطور که کشف قمر سیارات که گالیله انجام داد به اختراع تلسکوپ نیاز داشت.
در 1928، آلبرت میچلسون 74 ساله آخرین تلاش خود را برای اندازه‌گیری دقیق سرعت نور انجام داد. او در 50 سال گذشته تلاش‌های متعددی را طرح کرده و با سرمایه خود ابزاری ساخته بود تا به این مهم نایل شود و مصمم بود که این بار با خطایی کمتر 001/0 بتواند به انجام این کار نایل شود. این مقدار برای محاسبات فیزیک هسته‌ای کافی بود.
چهار سال قبل او به سازندهٔ معروف ژیروسکوپ Gyroscope: دوران نما. وسیله‌ای است که در کشتی‌ها و هواپیماها برای پیداکردن امتداد به کار می‌رود، المر اسپری Elmer Sperry متوسل شده بود تا وسایلی برای اندازه‌گیری‌های او بسازد. حالا در 1928، سومین و آخرین ابزار برای آزمایش‌های میچلسون که آیینه‌ای بر روی استوانه‌ای هشت ضلعی بود بر فراز کوه بالدی در کالیفرنیا که محل آزمایشگاه او بود حمل شد.
آزمایشی که میچلسون ترتیب داد بسیار ساده بود. او نوری را به آیینهٔ روی استوانهٔ چرخان تاباند که با سرعت زیاد می‌چرخید. موتور چرخشی، این آیینه را، اسپری برای او ساخته بود. در یک لحظهٔ بخصوص نوری که از این آیینهٔ گردان بازتاب پیدا می‌کرد یک لحظهٔ کوتاه که کسری از ثانیه بود به آیینهٔ منحنی ثابتی در انتهای اتاق برخورد پیدا می‌کرد.
این آیینهٔ ثابت دیواری، لحظاتی کوتاه نور را دریافت می‌کرد و آن را از ذره‌بینی قوی عبور می‌داد و از شکاف دیوار به 22 مایل آن‌طرف‌تر به کوه سنت آنتونیو می‌فرستاد. در آن‌جا نور بر آیینه‌ای می‌تابید و بعد از عبور از عدسی دوم به کوه بالدی برگردانده می‌شد در این‌جا این نور بر آیینه‌ای دیواری می‌تابید و سرانجام به آیینهٔ روی استوانه در حال چرخش می‌رسید.
گرچه هر ضربان نوری سفری 44 مایلی را در ثانیه طی می‌کرد اما سیلندر چرخان در فاصله رفت و برگشت نور مقداری چرخیده و تغییر زاویه داده بود و به نقطه‌ای جدید از دیوار می‌تابید. زاویهٔ اولیهٔ سیلندر با آن نقطه نشان می‌داد که آیینه در این 44 مایل سفر رفت و برگشت چقدر چرخیده و از این طریق می‌شد سرعت نور را مشخص کرد.
در حالی که همهٔ اینها ساده بنظر می‌رسید. سال‌ها کار را برای اصلاح این وسایل انجام شده بود. اسپری موتور بهتر و دقیقتری ساخته بود که مشخص می‌کرد استوانه چرخان دقیقاً با چه سرعتی گردش کرده عدسی‌ها و آیینه‌های بهتری هم درست کرده بود. از روی سرعت چرخش استوانه و گذاشتن علامت جدیدی بر روی دیوار، میچلسون توانست سرعت نور را 186284 مایل در ثانیه (معادل 000/300 کیلومتر در ثانیه) تعیین کند. میزان اشتباه کمتر از 001/0 درصد بود. با این کشف، دانشمندان رشتهٔ فیزیک و فیزیک هسته‌ای توانستند از این محاسبه در معادلات مربوط به انرژی اتمی استفاده کنند.
اگر بخواهید از نیویورک به لوس آنجلس با سرعت نور حرکت کنید در کمتر از یک ثانیه می‌شود 70 بار رفت و برگشت. در همین یک ثانیه می‌شود هفت و نیم بار دور زمین چرخید.
