📌 Bạn thậm chí không cần đến các thiết bị hiện đại để xác định một cách tương đối vận tốc của ánh sáng.

🚀 Bây giờ, chúng ta biết đến Parker Solar Probe bởi lẽ nó có thể trở thành tàu con tàu vũ trụ nhanh nhất vào tháng 12 năm 2024 với vận tốc 629.000 km/h. Có nghĩa là, Parker Solar Probe nhanh hơn khoảng 1000 lần so với các máy bay dân dụng. Ấy vậy mà vận tốc này xem ra thật lố bịch nếu so với ánh sáng – khoảng 1.079.251.200 km/h, nhanh hơn Parker Solar Probe 1716 lần.
☄️ Dường như tạo vật công nghệ hiện đại nhất của con người so ra cũng chẳng là gì so với tự nhiên. Thật vậy, ánh sáng nhanh đến nỗi chúng ta hoàn toàn không thể ý thức được sự chuyển động của các photon. Thế nên, xuyên suốt lịch sử, có một giai đoạn rất rất rất dài chúng ta đã coi ánh sáng là tức thời, nghĩa là có vận tốc vô hạn.
🌟 Ấy vậy mà, bạn hoàn toàn có thể xác định được một cách tương đối vận tốc ánh sáng, không cần sử dụng đến các máy móc hiện đại. Tất cả những gì bạn cần là một kính viễn vọng, đồng hồ và một bộ cái đầu có chút kiến thức cơ bản về thiên văn học ( hoặc bạn có thể dùng nhiều cách khác nữa – như bài viết dưới đây), tất cả mọi thứ nêu trên là công nghệ và hiểu biết của thời trung cổ. Bạn chỉ cần vậy thôi.

1️⃣ Thí nghiệm của Ole Roemer:
⚛️ Bạn dường như không thể đo vận tốc của ánh sáng bằng những vật dụng trên nếu thực hiện thí nghiệm dựa vào các phép quan sát ở Trái đất. Tuy nhiên, ở thang vũ trụ, vận tốc ánh sáng chậm đến không tưởng. Chúng ta hãy theo dõi điều này qua thí nghiệm của Ole Roemer.
⚛️ Ole Roemer, vào năm 1676, đã khai thác giới hạn này để tính tốc độ ánh sáng. Mặc dù, ông không có động lực để làm điều này. Roemer thực sự bị mê hoặc bởi Io, một trong bốn mặt trăng lớn của Mộc tinh. Từ vị trí quan sát là Trái đất thông qua kính viễn vọng ( hoặc ống nhòm), chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy các vệ tinh của Mộc tinh quay xung quanh nó, bị che khuất mất bởi cái xác khổng lồ của Mộc tinh cho đến khi nó thoát khỏi bóng tối và được chiếu sáng bởi ánh sáng của Mặt trời và tùy thuộc vào vị trí có thể quan sát thấy chúng ở Trái đất.

👀 Roemer cẩn thận quan sát Io và dự đoán rằng tùy thuộc vào cấu hình vị trí của Mặt trời, Trái đất và Mộc tinh, có sự khác biệt giữa thời gian dự đoán của nhật thực trên Io và thời gian thực tế chúng được quan sát tại Trái đất. Roemer lý luận rằng thời gian ánh sáng chiếu tới các kính viễn vọng của chúng ta dài hơn hoặc ngắn hơn khi Trái đất và Mộc tinh di chuyển xa hơn hoặc gần nhau hơn trên quỹ đạo của chúng quanh Mặt trời. Thời gian kéo dài vì ánh sáng phải đi một quãng đường dài hơn. Khi các đồng nghiệp của ông đã bày tỏ thái độ ngờ vực của họ trong quan điểm của lý luận này, Roemer bình tĩnh dự đoán rằng nhật thực Io vào ngày 9 tháng 11 cùng năm sẽ trễ 10 phút. Trước sự hoang mang của họ, dự đoán của ông đã được đưa ra.
✍️ Ông đã đưa ra kết quả xấp xỉ 214.000 km/s. Chậm hơn khoảng 85.000 km/s so với các kết quả đo hiện đại. Tuy nhiên, sai số này không phải do Roemer. Nhưng sự thiên tài của ông rất đáng chú ý khi đạt được giá trị này 300 năm trước. Trên thực tế, kết quả của ông sai lệch bởi vì các tính toán dựa vào khoảng cách hành tinh được cho là đúng vào thời điểm đó. Khoảng cách được cung cấp bởi người tiền nhiệm của ông là không chính xác, và nếu chúng ta sử dụng phép đo của Roemer với khoảng cách chính xác bây giờ, bạn đoán nó, dẫn đến gần đúng vận tốc ánh sáng. Thiên tài!

2️⃣ Thí nghiệm của James Bradley:
⚛️ Năm 1728, James Bradley đã thực hiện tốc độ ánh sáng ước tính bằng cách quan sát quang sai. Quang sai trong thiên văn học là sai lệch biểu kiến của vị trí thiên thể trên thiên cầu, do vận tốc có giới hạn của ánh sáng và vận tốc chuyển động của người quan sát gây nên.
⚛️ Hiện tượng này được nhà thiên văn Anh James Bradley phát hiện ra, khi theo dõi thị sai của sao vào năm 1727. James quan sát một ngôi sao trong chòm Draco, một chòm sao trên bầu trời phía bắc và thấy rằng vị trí rõ ràng của nó đã thay đổi trong suốt cả năm khi Trái đất xoay quanh Mặt trời. Ông đã sử dụng góc lệch của ánh sáng sao, cùng với vận tốc của Trái đất quanh Mặt trời và tính vận tốc ánh sáng là 301.000 km/s.
🔥 Vâng, đó là sai, nhưng một lần nữa, chúng ta phải đánh giá cao James đã đến gần như thế nào mặc dù thiếu công nghệ.

3️⃣ Thí nghiệm của Armand Fizeau:
⚛️ Vào năm 1849, Armand Fizeau đã bắt đầu đo vận tốc ánh sáng. Fizeau là người đầu tiên đo đạc nó trên mặt đất. Thiết bị của Fizeau bao gồm một nguồn ánh sáng, một tấm gương phản chiếu và một bánh xe mà qua đó chùm ánh sáng đi qua. Chiếc gương được đặt cách xa nguồn sáng nhất định, với bánh xe quay giữa chúng. Chùm ánh sáng đi qua bánh xe hai lần - lần đầu tiên trong khi đi về phía gương và lần thứ hai trong khi quay lại phản xạ.

🔎 Ban đầu, ánh sáng đi qua răng của bánh xe một cách ngẫu nhiên, tuy nhiên, dần dần, Fizeau đã hiệu chỉnh tốc độ quay sao cho ánh sáng đi qua một khoảng trống trong khi khởi hành và qua khoảng cách liên tiếp trong khi đến. Với kiến thức về khoảng cách giữa gương và nguồn sáng và tốc độ quay của bánh xe, Fizeau đã tính toán tốc độ ánh sáng là khoảng 315.000 km/s. Tuy nhiên, Leon Foucault đã sử dụng một bộ máy cải tiến bao gồm gương xoay và kéo giá trị xuống còn 298.000 km /s. Con số đã gần hơn!

4️⃣ Các phương pháp và thí nghiệm hiện đại:
⚛️ Sau khi Maxwell tiếp nối với các định luật điện từ, vận tốc ánh sáng 'c', có thể đạt được bằng cách nghịch đảo với căn bậc hai của tích độ điện thẩm và độ từ thẩm của chân không. Năm 1907, Rosa và Dorsey đã tính toán con số này là 299.788 km /s, giá trị chính xác nhất tại thời điểm đó. Sau đó, khi công nghệ bắt kịp, Froome vào năm 1958, với sự trợ giúp của giao thoa kế laser, đã tính toán tốc độ ánh sáng là 299.792,5 km /s.

📡 Sau đó, các nhà khoa học nhận ra rằng các phép đo hiện tại và tương lai dựa trên các tiêu chuẩn nguyên tử rất tinh vi không bị hạn chế bởi công nghệ, mà là do sự không chắc chắn trong định nghĩa của các đơn vị. Định nghĩa mơ hồ của một mét đe dọa tính chính xác của các thí nghiệm cho hậu thế. Mặc dù giá trị của tốc độ ánh sáng đã được biết trong phạm vi sai số 1 m/s, các nhà khoa học thấy rằng bắt buộc phải loại bỏ những sự thiếu chính xác trong định nghĩa.

🔮 Vì vậy, họ đã sử dụng laser helium-neon và đồng hồ Caesium chính xác tỉ mỉ để đo tốc độ ánh sáng và định nghĩa lại các đơn vị trong hệ SI.

📂 Nguồn: Science Realm, scienceabc, Wikipedia.

#ScienceRealm #Physics #Vatly #Astronomy #Thienvanhoc #History #Lichsu #Technology #Congnghe