O primeiro trem Maglev começou sua jornada em 2004 e continuou deslumbrando os passageiros desde então. O trem de passageiros mais rápido do mundo viaja a uma ultrajante 431 km / h, incitando o ar ao redor, proporcionando a visão de alguém aderiu à ponta do nariz do trem de rootear através de um buraco de minhoca. A essa velocidade, o trecho entre Nova York e Los Angeles é coberto em menos de 7 horas. No entanto, uma das invenções mais revigorantes da humanidade ainda é astronomicamente inferior em comparação com um dos prodígios da natureza. A luz viaja a uma velocidade incompreensível de 299,792.458 km / s ou 107.925,28,48.8 km / hr. Um Maglev viaja em torno de 0,00004% da velocidade da luz.
Não estou nem exagerando nem usando um adjetivo irritante e inflamado para descrever sua magnitude. A velocidade é literalmente incompreensível. Nossa faculdade mental não está equipada para avaliar objetos que se movem com tanta rapidez. Ainda assim, de um ponto de vista adequado, o cálculo de velocidades enormes não é uma tarefa árdua. A maneira mais simples é permitir que o objeto percorra um circuito de uma distância conhecida, observando o tempo decorrido por uma volta. Divida a distância até este momento e você consegue a distância em qualquer unidade de distância que o objeto viaja por cada unidade de tempo. Bem simples. Este método é lucrativo para medir a velocidade das pedras de rolamento, guepardas de corrida e trens Maglev.
Usain Bolt, o homem mais rápido vivo, correu em um recorde de 44,72 km / h durante o sprint final de 100 m em 2009, menos de magro 0,000004% de velocidade da luz.
No entanto, medir a velocidade da luz na Terra parece impossível, então, como acabamos por medí-lo até três casas decimais, com base na qual definimos a unidade padrão de distância – um metro – a quantidade física medida com a maior precisão?
Lâmpadas de Galileo
Antes de Aristóteles, “cientistas” eram principalmente filósofos empíricos cujas observações eram confinadas pela percepção. Como a luz viajava de uma tocha ardente para um manuscrito de pedra tão rapidamente, as pessoas naturalmente acreditavam que era transmitida instantaneamente, sua velocidade era infinita. Na verdade, a luz é tão rápida que não há atraso visível na posição da sombra da Terra na lua durante um eclipse! Aristóteles, um dos melhores logistas de todos os tempos, refutou essa afirmação, mas, eventualmente, o debate perdeu seu brilho e as críticas ficaram adormecidas. Até o século XVII , ou seja, quando o Galileu o repreendeu.
No entanto, desta vez Galileu não foi confinado por sua percepção, mas sim pela tecnologia de seu tempo. Galileu minou a velocidade dramaticamente e tentou medir isso de forma terrestre. Ele e seu assistente estavam em duas colinas distanciadas, cada uma com uma brilhante fonte de luz que eles cobriram e descobriram.
Galileu pediu a sua assistente para descobrir sua fonte de luz, e ao testemunhar essa iluminação, Galileu fez o mesmo. Galileo procurou o método mais simples. Ele calculou a velocidade da luz medindo o tempo decorrido até que ele testemunhou a luz do assistente, juntamente com o conhecimento da distância entre eles. Claro, seus resultados foram “inconclusivos”, uma conclusão que ele seguiu com uma observação presunçosa: “se não instantâneo, é extremamente rápido.” Sim, obrigado, Galileu … quem sabia?
Galileu em 1636, depois que ele falhou miseravelmente em seu experimento, em cores.
Olhar na lua a abstração
Se a transmissão da luz não é instantânea e seus fótons galopam a uma velocidade finita, independentemente da aparente exorbitância deste valor, levaria algum tempo, não importa quão insignificante, para alcançar todos os cantos sombrios. O ritmo de Light pode ser desafiado quando é suposto viajar distâncias astronômicas. Ole Roemer, em 1676, explorou essa limitação para calcular a velocidade da luz. Embora, ele não teve nenhum incentivo para medir isso. Roemer foi realmente fascinado por lo, uma das quatro luas mais interiores de Júpiter que desapareceram na gigantesca sombra de Júpiter, esmagadora durante a sua órbita até que escapou na escuridão e foi iluminado pela luz do Sol.
Roemer observou cuidadosamente e previu que, dependendo da configuração do Sol, Terra e Júpiter, houve uma diferença entre os tempos previstos dos eclipses e o tempo real em que foram observados. Roemer argumentou que a luz que alcançava nossos telescópios esticou-se e contraiu-se quando a Terra e Júpiter se afastaram mais ou se aproximaram em suas órbitas, respectivamente. Tempo esticado porque a luz teve que percorrer uma distância ligeiramente alongada. Quando seus colegas expressaram sua dubiedade em vista de suas descobertas, Roemer calmamente previu que eclipse de lo no 9 º de novembro do mesmo ano seria de 10 minutos de atraso. Para sua perplexidade, sua previsão era perfeita.
O nome Draco é derivado do termo latino draconem , que se traduz em uma “serpente enorme”. A constelação se assemelha a um dragão. (Foto Crédito: Till Credner / Wikimedia Commons)
Mais tarde, usando suas descobertas, Roemer aproximou a velocidade da luz para ser 214 mil km / s. Apesar de ser 80.000 km / s mais lento, seu gênio é notável, dado que ele chegou a esse valor há 300 anos antes da tecnologia que temos à nossa disposição durante os 50 anos anteriores. De fato, sua aproximação se desviou do valor verdadeiro porque seus cálculos dependiam de distâncias planetárias que se acreditavam ser verdade naquela época. As distâncias fornecidas pelos seus predecessores eram imprecisas, e usando seus números com as distâncias corretas agora, você adivinhou, resulta em uma aproximação próxima da velocidade da luz. Gênio.
Ainda 80.000 km / s de curta duração, os astrônomos continuaram a trabalhar para reduzir o erro ao mínimo. Em 1728, James Bradley fez uma estimativa observando uma aberração. Uma aberração é uma pequena mudança na posição de uma estrela ou de qualquer corpo celestial pela conivência do movimento da luz e do observador. James observou uma estrela em Draco, uma constelação do céu do norte, e descobriu que sua posição aparente mudou ao longo do ano quando a Terra girava em torno do Sol. Ele usou o ângulo de desvio da luz das estrelas, juntamente com a velocidade da Terra ao redor do Sol, e calculou a velocidade da luz para 301,000 km / s. Sim, isso é errado, mas, novamente, devemos apreciar o quão perto James veio apesar da falta de tecnologia. Mesmo assim, o número não é suficientemente próximo.
Fechando em
O experimento de Fizeau seria algo assim, embora isso seja altamente simplificado. Fizeau usou uma série de lentes convexas para convergir a luz para um feixe estreito.
Um século depois, em 1849, Armand Fizeau começou a medir a velocidade da luz. Fizeau foi a primeira pessoa a medir-lo de forma terrestre, desconsiderando o aterrador isolamento solitário dos céus. O aparelho de Fizeau incluiu uma fonte de luz, um espelho reflector e uma roda através da qual o feixe de luz atravessava. O espelho foi colocado a uma certa distância da fonte da luz, com a roda girando entre eles. O feixe de luz atravessou a roda duas vezes – primeiro enquanto viaja para o espelho e o segundo enquanto retornava novamente refletido.
Inicialmente, a luz passou pelos dentes da roda aleatoriamente, no entanto, gradualmente, Fizeau calibrou a taxa de rotação de modo que a luz passasse por uma lacuna durante a partida e pelo intervalo consecutivo durante a chegada. Com o conhecimento da distância entre o espelho e a fonte da luz e a velocidade de rotação da roda, Fizeau calculou a velocidade da luz em torno de 315 mil km / s. No entanto, Leon Foucault usou um aparelho melhorado que incluía espelhos rotativos e arrasou o valor para 298 mil km / s. Ainda uma polegada ou duas atrás.
Depois que Maxwell nos legou as leis do eletromagnetismo, a velocidade da luz ‘c’, poderia ser obtida pelo recíproco da raiz quadrada do produto da permeabilidade magnética e permitividade elétrica do espaço livre. Em 1907, Rosa e Dorsey calcularam isso em 299.788 km / s, o valor mais preciso naquela época. Mais tarde, à medida que a tecnologia alcançou nossa curiosidade intemporal e inabalável, Froome em 1958, com a ajuda de interferômetros a laser, calculou a velocidade da luz em 299.792,5 km / s. Isso foi iminente próximo ao valor verdadeiro!
Os relógios de césio ou atômicos são os relógios mais precisos que já desenvolvemos. (Foto Crédito: phys.org)
Posteriormente, os cientistas perceberam que as medições presentes e futuras, baseadas em padrões atômicos altamente sofisticados, não eram limitadas pela tecnologia, mas sim por incertezas na definição das próprias unidades. A vaga definição de um medidor ameaçou a precisão dos experimentos para a posteridade. Mesmo que o valor da velocidade da luz fosse conhecido dentro de um erro de 1 m / s, os cientistas acharam obrigatório se livrar de cada fenda na armadura, e ao fazê-lo, construa uma definição infalível de um medidor.
O National Bureau of Standards em Boulder Colorado usou lasers de hélio-néon e relógios de césio meticulosamente precisos para medir a velocidade da luz. Eles definiram o medidor à medida que a distância percorrida no vácuo para 1 / 299.792.458 de um segundo, de modo que a velocidade da luz no vácuo é * rolo de tambor * 299.792.458 m / s ou 299.792.458 km / s. Não instantâneo, mas sim, extremamente rápido!
