Гэрлийн хурдыг хэрхэн тооцоолох вэ: Физикийн судалгааны арга ба түүх
Гэрлийн хурд нь физикийн үндсэн тогтмолуудын нэг бөгөөд вакуум орчинд секундэд ойролцоогоор 299.792.458 метр утгатай байдаг. Гэрлийн хурдыг ойлгох нь шинжлэх ухаанд шинэ давхрага нээж, орчлон ертөнцийн талаарх бидний ойлголтод өөрчлөлт авчирсан бөгөөд GPS, хиймэл дагуулын холбоо зэрэг өнөө үед бидний ашиглаж буй орчин үеийн технологиуд үүнд нөлөөлсөн. Энэ нийтлэлд гэрлийн хурдыг хэрхэн тооцоолох, мөн үүнийг бий болгохын тулд олон зууны турш ашигласан түүх, аргуудын талаар хэлэлцэх болно.
Гэрлийн хурд хэмжих түүх
Анхны бодол
Гэрлийн тухай санаанууд эрт дээр үеэс оршин тогтнож ирсэн. Жишээлбэл, Аристотель гэрэл хязгааргүй хурдтайгаар тархдаг гэж үзсэн. Гэсэн хэдий ч энэ ойлголт 17-р зуунд эргэлзээтэй болж эхэлсэн. Данийн одон орон судлаач Оле Ромер гэрэл хязгаарлагдмал хурдтай гэсэн санааг батлах хэмжилтийг анх хийсэн хүн юм.
Оле Ромер ба Иогийн тойрог зам (1676)
Ромер Бархасбадь гарагийн Ио дагуулын хиртэлтийн ажиглалтыг ашигласан. Тэрээр хиртэлтийн хоорондох зай нь дэлхийн тойрог зам дахь байрлалаас хамаарч өөр өөр байдгийг анзаарсан. Дэлхий Бархасбадь гарагт ойртох тусам интервалууд богиносч, харин эсрэгээрээ Дэлхий Бархасбадь гарагаас холдох тусам интервалууд уртсаж байв. Эдгээр ажиглалтаас Ромер гэрэл Дэлхийгээс хол байх үед хүрэхэд илүү удаан хугацаа шаардагддаг гэж дүгнэжээ. Энэ арга нь гэрлийн хурдны ойролцоо утгыг секундэд 220.000.000 метр гэж өгсөн бөгөөд энэ нь өнөөдөр бидний мэдэх илүү нарийвчлалтай утгаас ялгаатай боловч эхний чухал алхам байв.
Физо ба толин тусгалыг эргүүлэх арга (1849)
Гэрлийн хурдыг хэмжих илүү орчин үеийн, нарийвчлалтай хэмжилтийн олонхийг Физо эхлүүлсэн. Физо эргэлдэгч толь болон ойсон гэрлийн цацрагийг хамарсан туршилт хийсэн. Тэрээр эргэлдэгч шүдтэй дугуйгаар дамжин өнгөрөх гэрлийн цацраг ялгаруулж, дараа нь тодорхой зайд толиор тусгасан. Дугуй хангалттай өндөр хурдтай эргэлдэх үед ойсон гэрэл нь буцаж явах замдаа шүдтэй дугуйны өөр өөр завсраар дамжин өнгөрдөг байв. Энэхүү тохируулгын тусламжтайгаар Физо гэрлийн хурдыг тооцоолж чадсан бөгөөд энэ нь секундэд 313.000.000 метрт ойртсон байв.
Майкельсон ба Интерферометр (1879-1930-аад он)
Альберт А. Мишельсон Физеогийн аргыг сайжруулж, интерферометр ашиглан өндөр нарийвчлалтай хэмжилт хийсэн. Мишельсон гэрлийн цацрагийг цуврал линз, толинуудаар дамжуулж, тэдгээр нь гэрлийг эх үүсвэр рүү нь буцаахаас өмнө урагш хойш эргүүлсэн. Гэрэл энэ аяллыг туулахад зарцуулсан хугацааг хэмжсэнээр Мишельсон гэрлийн хурдыг илүү нарийвчлалтай тооцоолж чадсан. Энэхүү туршилтаар секундэд ойролцоогоор 299.796.000 метр гэсэн тоо гарсан.
Гэрлийн хурдыг тооцоолох орчин үеийн аргууд
Лазер ашиглан хэмжилт хийх
Лазер технологийн дэвшил нь өмнө нь хүрч чадахгүй байсан гэрлийн хурдны хэмжилтийн нарийвчлалыг нэмэгдүүлсэн. Лазерууд нь когерент гэрэл ялгаруулдаг тул илүү нарийвчилсан туршилт хийх боломжийг олгодог. Нэг арга бол хэмжих боломжтой зайд сунгасан оптик шилэн кабелиар дохио дамжуулахын тулд лазер ашиглах явдал юм. Лазерын дохио шилэн кабелиар дамжин өнгөрөх хугацааг гэрлийн хурдыг тооцоолоход ашигладаг.
Нислэгийн цаг (ToF)
Нислэгийн хугацаа (ToF)-ын аргуудыг ихэвчлэн лидар (Гэрэл илрүүлэх ба хүрээлэх) технологи болон гүн мэдрэгчүүдэд ашигладаг. Эдгээр системүүд нь гэрлийн импульс ялгаруулж, бай объектоос буцаж ирэх хугацааг хэмждэг. Аяллын хугацаа болон зайны үндсэн зарчмуудыг ашиглан гэрлийн хурдыг өндөр нарийвчлалтай тооцоолж болно.
Оптик резонатор
Гэрлийн хурдыг тооцоолох ажлыг оптик резонатор ашиглан хийж болно. Энэхүү резонаторын систем нь тодорхой зайд тохиолддог оптик интерференцийг ашигладаг. Системийн резонансын давтамж болон өгөгдсөн орчин дахь гэрлийн долгионы уртыг тооцоолсноор бид гэрлийн хурдыг тооцоолж чадна.
Нөлөөлөл ба хэрэгжилт
Харьцангуйн онол ба Эйнштейний онол
Гэрлийн хурдыг гүнзгий ойлгох нь физик, ялангуяа Эйнштейний харьцангуйн онолд гүнзгий нөлөө үзүүлсэн. 1905 онд хэвлэгдсэн Харьцангуйн тусгай онолд гэрлийн хурд нь орчлон ертөнцийн хамгийн дээд хурдны хязгаар гэж заасан байдаг. Энэ нь гэрлийн хурд ойртох тусам цаг хугацааны тэлэлт, уртын агшилт зэрэг үзэгдлүүдийг үүсгэдэг.
GPS технологи
Дэлхийн Байршлын Систем (GPS) нь Дэлхий дээрх нарийн байрлалыг тодорхойлохын тулд гэрлийн хурдыг ашигладаг. GPS хиймэл дагуулууд нь дэлхийн гадаргуу дээрх хүлээн авагчдад хүлээн авсан дохиог дамжуулдаг бөгөөд дохионы аялах хугацааг зайг тооцоолох үндэс болгон ашигладаг.
Харилцаа холбоо ба интернет
Орчин үеийн холбооны сүлжээнд ашиглагддаг оптик шилэн кабелиуд нь гэрлийн хурдны зарчмыг ашиглан дохио дамжуулдаг. Мэдээллийг тогтмол утга c-д ойртох хурдаар зөөж, хурдан бөгөөд найдвартай өгөгдөл дамжуулах боломжийг олгодог.
Дүгнэлт
Гэрлийн хурдыг тооцоолох нь шинжлэх ухааны түүхэн дэх хамгийн агуу ололт амжилтуудын нэг байсаар ирсэн. Ромерын анхны туршилтуудаас эхлээд орчин үеийн лазер болон оптик резонаторын технологи хүртэл гэрлийн хурдны талаарх мэдлэг нь хөгжиж, амьдрал, технологийн олон талбарт гүнзгий нөлөө үзүүлсэн. Үүний тогтмол хурд нь зөвхөн орчин үеийн физик онолын үндэс суурийг тавиад зогсохгүй өнөөгийн дижитал ертөнцийг бүрдүүлдэг практик хэрэглээний үндэс суурийг тавьдаг. Гэрлийн хурдыг хэрхэн тооцоолохыг ойлгох нь бидэнд орчлон ертөнцийг ойлгоход туслахаас гадна дэлхий ертөнцийг илүү холбоотой болгодог технологийг хөгжүүлэхэд тусалдаг.
