§ 158. Определение скорости света по методу вращающегося зеркала

Французский физик Леон Фуко (1819—1868) применил в 1862 г. очень точный способ определения времени прохождения света между двумя пунктами  и , благодаря чему удалось надежно измерить скорость света, не прибегая к чрезмерно большим расстояниям между  и . Световой сигнал, вышедший по направлению  (рис. 308), отражался вращающимся зеркалом  к неподвижному зеркалу . Это последнее делалось сферическим с очень большим радиусом кривизны , так что центр его совпадал с зеркалом . Благодаря такому устройству свет при любом положении зеркала  распространялся вдоль радиуса зеркала , падал перпендикулярно на его поверхность и после отражения шел вновь по радиусу зеркала , т. е. возвращался к зеркалу . Однако за время , в течение которого свет проходил путь от  до  и обратно (т. е. путь, равный ), зеркало  успевало повернуться на небольшой угол , и свет отражался по направлению  составляющему угол  с направлением . Измерив угол  и зная угловую скорость вращения зеркала, можно определить время , а следовательно, и скорость света .

Рис. 308. К определению скорости света по методу вращающегося зеркала

В одном из опытов Фуко расстояние , частота вращения зеркала , угол поворота зеркала , следовательно, для этих данных

 и

Среднее значение скорости света, полученное Фуко, равнялось .

Вводя на пути света  трубу с водой, Фуко смог непосредственно измерить скорость распространения света в воде и получил значение, в  раза меньшее, чем в воздухе, в соответствии с представлениями Гюйгенса (см. § 130).

Введя ряд остроумных усовершенствований в метод вращающегося зеркала, американский физик Альберт Майкельсон (1852—1931) значительно повысил точность определения скорости света. По его определениям (1927 г.) . За последние годы лабораторные методы определения скорости света существенно усовершенствованы. В их основу положены независимые измерения длины световой волны и ее частоты. Это позволило К. Ивенсону с сотрудниками в 1972 г. определить скорость света с точностью . Однако эти результаты требуют дальнейшего подтверждения. В 1973 г. решением Генеральной ассамблеи Международного комитета по численным данным для науки и техники, обобщившим все известные экспериментальные данные, скорость света в вакууме принято считать равной

Для всех практических расчетов мы будем принимать скорость света в вакууме равной .

Колоссальная с точки зрения наших земных масштабов скорость света не так уж велика в масштабах астрономических. Здесь время распространения света измеряется значительными числами. Так, свет идет от Солнца до Земли около , а от ближайшей звезды — около 4 лет. За год свет проходит путь примерно в . Эта величина оказывается удобной в качестве единицы длины для огромных астрономических расстояний; она называется световым годом.

Наряду с этой единицей астрономы пользуются парсеком. Парсек (т. е. параллакс-секунда) — это расстояние, с которого радиус земной орбиты  виден под углом . Нетрудно подсчитать, что парсек равен примерно  светового года.

В настоящее время имеется возможность независимо измерять частоту  и длину волны  монохроматического света, поэтому скорость его  может быть найдена и без кинематических измерений, осуществляемых прежними способами.