質問

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。

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回答 (6件)

>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。

 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/cassin …


 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。

この回答へのお礼

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)

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。

この回答へのお礼

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!)

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。

ものすごく詳しく
歴史まで載っているHPがあります。
昔の人の偉大さが分りますよね。

http://www.tk2.nmt.ne.jp/~kinkan/kinkan/relativi …

昔、なんかの本で読んだ記憶があったので、探してみました。

参考URLは、どうですか?

このページには「発光体(レーザーなど)」なんてありますけど、昔はレーザー
なんて無かったですね。本を読んだ記憶だと、ランプの光を使って、ふたつの山の
てっぺん同士で測った、と書いてあった記憶があります。

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