บทความ
ซาเกรโด : แต่เราจะต้องพิจารณาว่าอัตราเร็วของแสงนี้เป็นชนิดใดและมากขนาดไหน? มันเกิดขึ้นทันทีและรวดเร็วมากหรือใช้ช่วงเวลาสั้น ๆ หรือมันเหมือนกับการเคลื่อนที่อื่น ๆ ที่ต้องใช้เวลา? เราไม่อาจตัดสินชี้ขาดสิ่งนี้ได้โดยการทดลองหรือ?
ซิมพลิซิโอ : ประสบการณ์ในชีวิตประจำวันแสดงว่าการส่งผ่านของแสงเกิดขึ้นทันทีและอย่างรวดเร็วมาก เนื่องจากเมื่อเรามองไปที่ปืนใหญ่ที่ถูกยิงในระยะทางไกลมาก แสงวาบจะมาถึงตาของเราโดยไม่ใช้เวลา แต่เสียงจะมาถึงหู หลังจากช่วงเวลาที่เห็นได้ชัดเจนช่วงหนึ่งเท่านั้น
ซาเกรโด : เอาละ ซิมพลิซิโอ สิ่งเดียวที่ฉันสามารถอนุมานได้จากประสบการณ์เล็ก ๆ น้อย ๆ ที่เราคุ้นเคยก็คือว่าเสียงที่มาถึงหูของเราเดินทางได้ช้ากว่าแสง แต่มันไม่ได้บอกฉันว่าการมาถึงของแสงเกิดขึ้นทันทีและอย่างรวดเร็วมากหรือไม่ หรือแม้ว่าจะเร็วอย่างที่สุด มันก็ยังใช้เวลา
ซัลเวียติ : ความแน่ชัดที่มีน้อยมากเกี่ยวกับสิ่งเหล่านี้ และการสังเกตอื่น ๆ ที่คล้ายกันทำให้ฉันกำหนดวิธีการ ซึ่งเราอาจจะได้ความจริงที่ถูกต้องว่าแสงสว่างนั่นคือการส่งผ่านแสงเกิดขึ้นทันทีและอย่างรวดเร็วมากจริง ๆ หรือไม่
ซัลเวียติอธิบายต่อไปถึงวิธีการทดลองของเขา เพื่อให้เข้าใจความคิดของเขา เราลองนึกภาพว่าความเร็วของแสงไม่เพียงมีขอบเขตจำกัดเท่านั้น แต่ยังน้อยด้วย คือว่าเราทำให้การเคลื่อนที่ของแสงช้าลง เหมือนกับการเคลื่อนที่ในภาพยนตร์ที่ฉายด้วยความเร็วช้ากว่าปกติ ชายสองคน A และ B มีโคมไฟที่ถูกคลุมไว้และยืนห่างจากกัน ตีเสียว่าหนึ่งไมล์ ชายคนแรก A เปิดโคมไฟของเขา ทั้งสองคนได้ตกลงกันว่า B จะเปิดโคมไฟของเขาตอนที่เขาเห็นแสงของ A เราลองสมมติว่าใน “การฉายภาพยนตร์ด้วยความเร็วช้ากว่าปกติ” ของเรา แสงเดินทางได้หนึ่งไมล์ในหนึ่งวินาที A ส่งสัญญาณโดยเปิดโคมไฟของเขาออก B เห็นมันหลังจากเวลาผ่านไปหนึ่งวินาทีและส่งสัญญาณตอบรับ A จะได้รับสัญญาณนี้หลังจากที่เขาได้ส่งสัญญาณของเขาเองออกไปสองวินาที หรืออีกนัยหนึ่งถ้าแสงเดินทางด้วยอัตราเร็วหนึ่งไมล์ต่อวินาที ดังนั้นจะใช้เวลาสองวินาทีระหว่างการส่งและการรับสัญญาณของ A ถ้าสมมติว่า B อยู่ห่างออกไปหนึ่งไมล์ในทางตรงกันข้าม ถ้า A ไม่รู้ความเร็วของแสง แต่สมมติว่าเพื่อนของเขาทำตามสัญญาและเขาสังเกตเห็นว่าการเปิดโคมไฟของ B เกิดขึ้นหลังจากที่เขาเปิดโคมไฟของเขาสองวินาที เขาอาจสรุปได้ว่า อัตราเร็วของแสงคือหนึ่งไมล์ต่อวินาที
ด้วยเทคนิคเชิงการทดลองที่มีอยู่ในตอนนั้น โอกาสที่กาลิเลโอจะหาความเร็วของแสงด้วยวิธีการนี้มีน้อยมาก ถ้าระยะทางคือหนึ่งไมล์ เขาจะต้องตรวจวัดช่วงเวลาประมาณเศษหนึ่งส่วนแสนของวินาที!
กาลิเลโอได้กำหนดปัญหาเกี่ยวกับการหาความเร็วของแสงขึ้นมาแต่ไม่ได้แก้ปัญหา การกำหนดปัญหาบ่อยครั้งสำคัญกว่าวิธีการแก้ปัญหา ซึ่งอาจจะเป็นเพียงเรื่องของทักษะเชิงคณิตศาสตร์และเชิงการทดลองเท่านั้น การหยิบยกปัญหาใหม่ ๆ ความเป็นไปได้ใหม่ ๆ ขึ้นมา การมองปัญหาเก่า ๆ จากมุมมองใหม่ ต้องใช้จินตนาการที่ริเริ่มสร้างสรรค์และเป็นตัวบ่งชี้ถึงความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์จริง ๆ เราได้หลักการของความเฉื่อย กฎของอนุรักษ์พลังงานโดยใช้ความคิดใหม่ ๆ และริเริ่มสร้างสรรค์เท่านั้นเกี่ยวกับการทดลองและปรากฏการณ์ที่เป็นที่รู้จักดีแล้ว เราจะพบตัวอย่างแบบนี้หลายตัวอย่างในหน้าต่อ ๆ ไปของหนังสือเล่มนี้ ซึ่งเราจะเน้นถึงความสำคัญของการมองเห็นข้อเท็จจริงซึ่งรู้จักกันดีในแง่มุมใหม่ และอธิบายทฤษฏีใหม่ ๆ
ถ้ากลับมาที่ปัญหาที่ค่อนข้างง่ายเกี่ยวกับการหาความเร็วของแสง เราอาจจะตั้งข้อสังเกตว่ามันน่าประหลาดใจที่กาลิเลโอไม่ได้ตระหนักว่าคน ๆ เดียวสามารถทำการทดลองของเขาได้อย่างง่าย ๆ และอย่างถูกต้องแม่นยำ แทนที่จะจัดให้เพื่อนของเขาอยู่ห่างออกไประยะหนึ่ง เขาสามารถวางกระจกไว้ที่นั่น ซึ่งมันจะส่งสัญญาณกลับโดยอัตโนมัติทันทีที่ได้รับสัญญาณ
หลังจากนันประมาณสองร้อยห้าสิบปี ฟิโซ ซึ่งเป็นคนแรกที่หาความเร็วของแสงโดยการทดลองบนพื้นโลก ได้ใช้หลักการนี้เลยทีเดียว โรเมอร์ หามันได้ก่อนมาก แม้ว่าจะถูกต้องแม่นยำน้อยกว่า โดยการสังเกตเชิงดาราศาสตร์
มันชัดเจนมากกว่าเนื่องจากขนาดที่มหาศาลของมัน เราสามารถวัดความเร็วของแสงได้โดยใช้ระยะทางเท่า ๆ กับระยะทางระหว่างโลกกับดาวเคราะห์อีกดวงหนึ่งในระบบสุริยะเท่านั้น หรือโดยการปรับแต่งเทคนิคเชิงการทดลองเป็นพิเศษ วิธีการแรกเป็นวิธีการของโรเมอร์ วิธีการที่สองเป็นวิธีการของฟิโซ ตั้งแต่ยุคสมัยของการทดลองแรก ๆ เหล่านี้ มีการหาตัวเลขที่สำคัญมากที่ใช้แทนความเร็วของแสงหลายครั้งด้วยความถูกต้องแม่นยำมากขึ้นเรื่อย ๆ ในช่วงศตวรรษของเราเอง ไมเคลสัน ได้ประดิษฐ์เทคนิคที่มีการปรับแต่งให้ดีขึ้นอย่างมากเพื่อจุดประสงค์นี้ เราอาจเขียนผลลัพธ์ของการทดลองเหล่านี้ออกมาง่าย ๆ ได้ว่า : ความเร็วของแสงในสุญญากาศจะประมาณ 186,00 ไมล์ต่อวินาที หรือ 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที
0 ความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น