締切済み

光の速さの測り方

2001/12/14 10:44

最初に光の速度を測ったのはかなり昔の人だったような覚えがありますが、（すみません、いつの誰だか忘れました）人の目には一瞬としか理解されないものを、いったい、どのようにして測ったのでしょうか？この間から気になってしょうがないのです。

electricmouse
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物理学
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poor_Quark
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2001/12/14 14:55 回答No.6

＞ブルーバックスには”温度を１００に正確にわけた方法”も載っているでしょうか？　今見直してみましたが、載ってはいないようです。サイトを探してみましたが、よく分かりませんでした。正式にご質問いただければ図書館で調べてみたいと思います。手元の本である程度は分かりましたが、ここでまた、ながながと書くと怒られますので。

poor_Quark
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2001/12/14 13:04 回答No.5

　１７世紀、ガリレイは光の速さを有限と考え、ランプを使った実験でその速度を測定しようとしました。１マイル離れたところに人を２人立たせ、相手の光が見えたら素早くランプの光を見せるというやりかたで、同じことをすぐそばで行ったときの光の点滅の比較で測定しようとしました。当然ながら、光のスピードよりも、人間の神経伝達スピードや筋肉の動きは桁違いに遅いので、そのあとの１６６６年、イタリア実験学会アカデミア・デル・チメントの同じ方法の追試によっても光速度をはかることはできませんでした。しかしながら、ガリレイの光速は有限であり測定可能な対象であるという考えは、後生に引き継がれることになりました。　１６７６年、レーマーは木星の衛星の食の観測により、誤差はあったものの初めて数値的に計測することに成功しました。木星の第一衛星が木星の陰に入り見えなくなる時間を、地球の公転軌道上、１８０度離れた場所で観測すると約２２分の差があることに気づいたというのです。この２２分の差が地球の公転円の直径によって生じたことになります。当時の公転円の直径とされていた数字を使いｃ＝２１４，０００Ｋｍ／秒という数字が求められました。 http://members.jcom.home.ne.jp/2241668801/cassini/csn_010.html 　１７２９年ブラッドリーは、太陽系外の比較的近くの天体を測定することによって地球の公転による生じる、天体の見える角度の違い（年周視差）を観測していました。その過程で地球の公転スピードによって生じる被測定天体の見かけの位置のずれからｃ＝３０１，０００Ｋｍ／秒という数字を得ました。　１８４９年フィゾーは回転歯車とハーフミラーを組み合わせた測定装置を考案し地上で光速度を測定することに成功しました。光源から出た光をハーフミラーで９０度反射させ、一定の距離をおいた鏡で１８０度反射させ、光の行き帰りに高速回転する歯車の歯の隙間を通過させます。ハーフミラー越しにうまく光が見えれば、計算によって光速が求められることになります。このときｃ＝３１３，０００Ｋｍ／秒が求められました。　１８５０年フーコーはフィゾーが使った歯車の代わりに鏡を回転させより精密な値を得ています。その時の値が有効数字４桁のｃ＝２９８，０００Ｋｍ／秒というものです。　１８７８年から１９３５年の間に行われた、いわゆる「マイケルソンの実験」は機械的な方法での計測を試みられました。３１年にマイケルソン本人は亡くなりましたが、彼を引き継いだピアスとピアソンが実験を継続しました。ロックフェラー財団などから資金援助を得た１９３５年の最後の実験では、直径１ｍ長さ１．６Ｋｍの鋼鉄製の管を、空気の屈折率の影響を排除するため、真空にして、３２面の回転多面鏡を用い、のべ三千回の実験の結果、ｃ＝２９９，７７４Ｋｍ／秒が得られました。　１９４７年にはエッセンがマイクロ波を使った空洞共振器法という方法でｃ＝２９９，７９２Ｋｍ／秒を求め、さらにマイクロ波を利用した光速度測定法がいくつか今日までに確定しているそうです。　ちなみに現在では１９７３年に提出されたｃ＝２９９，７９２，４５８ｍ／秒という数字が国際度量衡委員会で採択され、測定値ではなく定義値として扱われているそうです。　以上の内容は、西條敏美著「物理定数とは何か」（ブルーバックス）に詳しいので、興味があるならご一読をお勧めします。ながながと書いている間にびしっとした回答がはいっていると思いますが、その時はご容赦を。

質問者

お礼 2001/12/14 14:02

投稿して３時間経たない間に５つもお返事いただけるなんて思いませんでした。教えて下さった皆様、どうもありがとうございます。このブルーバックスには”温度を１００に正確にわけた方法”も載っているでしょうか？＞poor_Quarkさん（これも実は質問したい内容だった）

ysk6406
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2001/12/14 11:22 回答No.4

光速測定の歴史は、次のようになっています。・レーマー、木星の衛星の食の間隔に周期的な変化があることから、光速が有限である事を発見（1675）・ホイヘンス、それに基づき初めて光速度が計測（1678）・フィゾー、歯車を使って地上で初めて光速度を測定（1849）・フーコー、フィゾーの方法を改良し測定（1850）・マイケルソン／モーリーによる測定（1887）・諸問委員会（ＣＣＤＭ）、メタン吸収線で安定化した波長3,39μmのヘリウムネオンレーザーの波長と振動数から測定　（1983年の国際度量衡総会で採択され確定、現在に至る）それぞれの人名などをキーワードにして「光速」「測定」などと一緒に検索すれば、詳しく書かれたサイトが見つかると思います。参考までに、わかりやすかった解説サイトを１つ挙げておきます。

参考URL：: http://www.ne.jp/asahi/up/to/soutairon/easy/r11/

質問者

お礼 2001/12/14 14:10

ありがとうございます。このサイトは本当にわかりやすかったです。ところで、フィゾーの使った歯車はへこんだところが一個だけだったのですか？どうやって光の通った歯がもとの歯と区別したのか、しばらく考えてしまいました。（ぎざぎざの歯車だったら、判らないですよね！）

ranx
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2001/12/14 11:18 回答No.3

1675年、デンマークの物理学者レーマーの観測によるものが最初というのが通説です。木星の衛星の運行について、計算で求められるものと観測値との間に差があることに気づき、それを光が地球に到達するまでの時間が変化するためと考え、約２２万ｋｍ／ｓｅｃという値を出したそうです。今日知られている値よりかなり小さいですが、桁数が合っているだけでも画期的なことと考えられています。＃プログラミング以外のカテゴリーでa-kumaさんとご一緒するとは思いませんでした。