Đo tốc độ một chiều của ánh sáng?
Tôi biết nhiều người ( bao gồm cả tôi ) đang bắn phá trang web này với những câu hỏi về video Veritasium gần đây về tốc độ một chiều của ánh sáng, nhưng tôi nghĩ rằng tôi đã tìm ra cách.
Đây là: (Bạn có thể thấy những gì tôi đang nói đến trong bức ảnh tôi đính kèm. Hãy giả vờ như không có gương.)
Bạn có thể thiết lập nguồn sáng và hướng nó về phía vật thể / bánh xe quay có răng (như sơ đồ). Sau đó, bằng cách điều chỉnh tốc độ quay của bánh xe, bạn có thể biết khi nào ánh sáng chiếu tới phía bên kia của bánh xe / bánh răng (không cần đo thời gian để đến đó hoặc quay lại — điều này giúp loại bỏ sự cần thiết của đồng hồ [ khác với bất kỳ cái nào cần hiệu chỉnh vòng quay của bánh xe]). Bằng cách biết khoảng cách mà ánh sáng phải đi để đến bánh răng, bạn sẽ có thể tính được tốc độ của nó nếu bạn biết rằng nó đã đi qua bánh răng tại một thời điểm nhất định (dựa trên tốc độ quay của bánh xe). Tôi biết điều này rất giống với cách Fizeau tính toán tốc độ ánh sáng, nhưng bằng cách loại bỏ sự phản chiếu của ánh sáng, tôi tin rằng thiết lập này sẽ hoạt động. Tôi đang thiếu một cái gì đó, hoặc điều này có thể?
Ngoài ra, vui lòng cho tôi biết nếu thủ tục của tôi quá lộn xộn. Cảm ơn trước!
Trả lời
Tôi muốn thêm điều này như một bình luận, nhưng không thể vì danh tiếng thấp, vì vậy tôi sẽ viết thêm một chút.
Thử nghiệm được xây dựng như sau:
nguồn sáng ------------ bánh xe quay -------------- máy dò
Ngay sau khi bánh xe quay ra khỏi đường đi, ánh sáng chạm vào máy dò và bạn đo thời gian và bằng cách biết khoảng cách sẽ có được tốc độ. Tôi có hiểu đúng?
Tôi không nghĩ rằng điều này hiệu quả. Điều này có vấn đề tương tự như đo tốc độ ánh sáng với hai đồng hồ (như trong video của Veritasium), nhưng bây giờ một đồng hồ được đổi với bánh xe. Vòng quay của bánh xe được cố định với một đồng hồ và sau đó bạn di chuyển đồng hồ qua máy dò. Bởi vì thời gian được đo cuối cùng là chênh lệch thời gian giữa bánh xe và đồng hồ ở máy dò. Và vì thuyết tương đối hẹp, điều này không hoạt động.
Thí nghiệm này sẽ không đo được tốc độ ánh sáng, chứ chưa nói đến tốc độ một chiều (không thể đo được nếu không đưa ra giả định về tính đồng thời).
Đối với thí nghiệm cụ thể này, không có tốc độ nào được đo cả. Chúng tôi có một bánh răng quay luân phiên chặn và truyền ánh sáng. Ở phía máy dò, chúng tôi nhận được một dấu vết cho thấy rằng ánh sáng luân phiên bị chặn và đi qua. Không có thông tin nào trong dấu vết đó cho phép chúng ta xác định tốc độ ánh sáng. Bất kể tốc độ của tín hiệu hay độ dài của đường đi, dấu vết sẽ giống nhau.
Để biến điều này thành một phép đo tốc độ sẽ yêu cầu một cặp đồng hồ đồng bộ để bạn có thể tìm thấy khi bánh răng chặn ánh sáng và khi dấu vết của máy dò cho thấy ánh sáng bị chặn. Nếu không có thông tin thời gian bổ sung đó, dấu vết không cung cấp thông tin tốc độ nào cả. Thật không may, quá trình đồng bộ hóa thông thường đã giả định tốc độ ánh sáng một chiều là đẳng hướng, đó chính xác là những gì chúng tôi đang cố gắng đo lường.
Nói chung, bất kỳ phép đo nào về tốc độ ánh sáng một chiều sẽ giả định rõ ràng hoặc ngầm định một số quy ước đồng bộ hóa. Giả thiết đó xác định tốc độ đo được. Vì vậy, không có cách nào để đo tốc độ một chiều của ánh sáng. Vì tốc độ ánh sáng theo hai chiều là đẳng hướng, nên sử dụng quy ước rằng tốc độ ánh sáng theo một chiều cũng là đẳng hướng, nhưng nó là một quy ước.
Một số người nghĩ rằng chỉ cần thêm một sự phức tạp nữa vào thí nghiệm của họ, nhưng thực tế không phải vậy. Định nghĩa tốc độ ánh sáng một chiều phụ thuộc vào tọa độ thời gian của bạn và do đó lựa chọn quy ước đồng bộ hóa của bạn. Nó không phải là một vấn đề của một thí nghiệm thông minh, nó chỉ đơn giản là một vấn đề của các định nghĩa.