Свет обычно
распространяется с огромной скоростью. При выключении света темнота
наступает мгновенно. Для звука картина иная. Если в удалении от себя вы
увидите рубящего дрова человека, то звук его топора доходит до вас не
сразу, а спустя несколько мгновений. Звуку требуется некоторое время,
чтобы добраться до вашего уха. Звук в воздухе на уровне моря
распространяется со скоростью 340 м/с. Первым попытался измерить
скорость света великий Галилео Галилей. Они с помощником заняли позиции
на отстоящих друг от друга холмах, и, когда Галилей снимал покрывало с
зажженного фонаря, видевший вспышку помощник должен был в ответ
сигнализировать своим фонарем. Галилей проводил этот опыт, увеличивая
дистанцию и полагая, что дополнительное время, которое понадобится
помощнику на ответ, будет зависеть от дополнительного расстояния. Сама
идея выглядела вполне разумной, но свет распространялся слишком быстро,
чтобы Галилей мог зафиксировать какие-то изменения. В 1676 году
датский астроном О. Ремер сумел оценить скорость света, используя
астрономические расстояния. Наблюдая затмения четырех спутников Юпитера,
Ремер обратил внимание, что промежуток между последовательными
затмениями увеличивается, когда Земля удаляется по орбите от Юпитера, и
становится короче, когда Земля приближается к Юпитеру. Вероятно, подумал
ученый, при изменении расстояния между двумя планетами изменяется и
время, необходимое для того, чтобы свет от Юпитера дошел до Земли. Грубо
оценив размеры земной орбиты и зная временную разницу в затмениях
спутников Юпитера, Ремер подсчитал, что скорость света составляет 140
000 миль/с. Понятно, что такое огромное число, полученное в результате
весьма дерзкой, хотя и успешной, попытки, вызвало недоверие у
современников астронома. Однако полвека спустя расчеты Ремера были
подтверждены, но совершенно другим способом. В 1728 году английский
астроном Дж. Брэдли обнаружил, что по ходу движения Земли положение
звезд на небе периодически не меняется; и происходит это не по причине
параллакса, а из-за того, что скорость Земли по гелиоцентрической орбите
является соизмеримой с небольшой долей скорости света. Тут можно
привести известную аналогию, когда человек с зонтом идет под дождем.
Хотя капли дождя падают вертикально, он вынужден при ходьбе наклонять
свой зонт вперед. Чем быстрее он передвигается, тем сильнее наклоняет
зонт. Точно так же Земля движется среди световых лучей звезд, поэтому
астроном вынужден слегка поворачивать свой телескоп, причем в разных
направлениях, при изменении траектории Земли. По величине этого наклона
(световой аберрации) Брэдли сумел рассчитать скорость света со
значительно большей точностью, чем Ремер. В дальнейшем ученые
разработали еще более точные методики на основе той идеи, которую
когда-то предложил Галилей. В 1849 году французский физик А. Физо
сконструировал устройство, в котором вспышки света отражались в зеркале,
помещенном на расстоянии 5 миль, и возвращались назад к наблюдателю.
Свет от одной вспышки, прошедший расстояние 10 миль, возвращался уже
через 1/20000 секунды, но Физо сумел измерить этот мизерный временной
интервал с помощью быстро вращающегося зубчатого колеса, установленного
на пути луча. При вращении колеса с определенной скоростью вспышка,
проскочившая между двумя зубцами, при возвращении назад (после отражения
от зеркала) попадала в следующий зубец, и наблюдатель не мог ее
зафиксировать. При ускорении колеса возникали условия, когда отраженная
вспышка проскакивала через следующую прорезь. Таким образом, контролируя
и измеряя скорость вращения колеса, Физо вычислил время прохождения
светового луча, а затем и его скорость. Год спустя Жан Фуко
(практически в одно время с проведением своего знаменитого эксперимента с
маятником) добился еще более точных результатов, заменив зубчатое
колесо вращающимся зеркалом. При этом суммарное время, затраченное лучом
на прохождение замкнутого маршрута, определялось по небольшому
изменению угла отражения от быстро вращающегося зеркала. По данным Фуко
скорость света в воздухе оказалась равной почти 187 000 миль/с. Кроме
того, Фуко определил скорость света в жидких средах. Неожиданно
оказалось, что там свет распространяется заметно медленнее, чем в
воздухе, что еще раз подтвердило справедливость волновой теории
Гюйгенса. Еще более высокой точности достиг Майкельсон, который на
протяжении 40 лет, начиная с 1879 года, упорно совершенствовал метод
Физо—Фуко, постепенно добиваясь все более и более точных результатов. В
окончательном варианте его измерительной установки свет проходил не
через воздух (который все-таки слегка замедлял ход светового луча), а
через вакуумный стальной трубопровод длиной более полутора километров.
По уточненным данным Майкельсона скорость света в вакууме составляет 186
284 мили/с. Ему также удалось доказать, что свет с любой длиной волны
распространяется в вакууме с одинаковой скоростью. Наконец, в 1963
году было установлено окончательное значение скорости света — 186 281,7
миль/с. Более точное значение этого фундаментального параметра позволяет
нам точнее определять расстояния, особенно между астрономическими
объектами.
