Thời Trung Cổ: phép đo đầu tiên về tốc độ ánh sáng

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Như thường lệ trong khoa học, tính toán của nó là sản phẩm phụ của các hành động khác có ý nghĩa thực tế hơn nhiều. Cuối thời Trung cổ, các con tàu châu Âu đi trên đại dương để tìm kiếm những vùng đất mới và các tuyến đường thương mại. Các hòn đảo mới được phát hiện cần được lập bản đồ, và vì điều này, điều quan trọng là phải biết ít nhiều chính xác vị trí của chúng. Có những vấn đề đáng chú ý với điều này.

Tọa độ địa lý là hai giá trị số - vĩ độ và kinh độ. Với vĩ độ, mọi thứ tương đối đơn giản: bạn cần đo độ cao phía trên đường chân trời của một số ngôi sao đã biết. Ở Bắc bán cầu, nó rất có thể sẽ là sao Bắc cực, ở phương Nam - một trong những ngôi sao của Nam Thập Tự. Vào ban ngày, vĩ độ có thể được xác định bởi Mặt trời, nhưng sai số lớn hơn đáng kể - độ sáng khá lớn, rất khó theo dõi do độ sáng của nó và ranh giới của đĩa nhìn thấy của nó bị mờ dưới ảnh hưởng của bầu khí quyển của trái đất. Tuy nhiên, đây là một nhiệm vụ tương đối đơn giản.

Bây giờ là mấy giờ

Kinh độ phức tạp hơn nhiều. Trái đất quay trên trục của nó, và bạn có thể biết chúng ta đang ở đâu, biết chính xác thời gian tại thời điểm này và thời gian ở một nơi nào đó, kinh độ mà chúng ta biết. Trong tài liệu, họ thường viết "kinh tuyến gốc", điều này nói chung là chính xác, vì chúng ta đang nói về cùng một thứ. Nếu với giờ địa phương mọi thứ khá đơn giản thì với kinh tuyến số 0 phức tạp hơn nhiều.

Không có chiếc đồng hồ nào có khả năng hiển thị thời gian chính xác của địa điểm mà chúng đã được đưa đi trong thời đại của những khám phá địa lý vĩ đại. Vào thời điểm đó, bộ máy đồng hồ được trang bị kim phút được coi là một kỹ thuật có độ chính xác cao. Những chiếc máy đo thời gian đầu tiên thích hợp để xác định kinh độ xuất hiện vào giữa thế kỷ 18, và trước đó, những người lính thủy phải làm việc mà không có chúng.

Phương pháp lâu đời nhất về mặt lý thuyết là phương pháp khoảng cách mặt trăng, do nhà toán học người Đức Johann Werner đề xuất vào năm 1514. Nó dựa trên thực tế là Mặt trăng di chuyển khá nhanh trên bầu trời đêm và bằng cách đo bằng một thiết bị đặc biệt - một thanh ngang - độ dịch chuyển của nó so với một số ngôi sao đã biết, bạn có thể đặt thời gian. Việc triển khai thực tế phương pháp của Werner hóa ra rất khó và nó không đóng một vai trò đáng chú ý nào trong việc điều hướng.

Năm 1610, Galileo Galilei phát hiện ra bốn mặt trăng lớn nhất của Sao Mộc. Đây là một sự kiện khoa học quan trọng - trong khả năng của ngành thiên văn học quan sát lúc bấy giờ, một thiên thể nữa, ngoài Trái đất, một thiên thể đã được tìm thấy, xung quanh đó các vệ tinh của chính nó quay. Nhưng điều quan trọng nhất đối với những người đương thời là chuyển động của các vệ tinh này có thể được quan sát đồng thời và bình đẳng từ tất cả các điểm trên Trái đất, nơi có thể nhìn thấy Sao Mộc vào thời điểm đó.

Galileo Galilei

Vào năm 1612, Galileo đã đề xuất xác định thời gian chính xác, và do đó là kinh độ, bằng chuyển động của Io, một trong bốn vệ tinh của Sao Mộc. Nó có nhiều tính năng đáng chú ý mà Galileo, tất nhiên, không biết, nhưng, quan trọng nhất, nó tương đối dễ quan sát. Tìm ra thời điểm hắn đi vào bóng tối của hành tinh, có thể xác lập chính xác thời gian. Nhưng những nỗ lực đầu tiên để biên soạn bảng nhật thực của Io (và các vệ tinh Galilean khác) đã tiết lộ rằng thời gian này đã bị thay đổi một cách khó hiểu đối với khoa học thời đại đó. Lý do vẫn chưa rõ ràng trong ba phần tư thế kỷ.

Con trai của thương gia

Ole Christensen Rømer sinh ra trong một gia đình thương nhân Đan Mạch vào năm 1644. Thông tin về tuổi trẻ của anh ấy rất rời rạc - anh ấy không sinh con, và danh tiếng cá nhân sẽ đến với anh ấy sau này. Được biết, anh ta đã tốt nghiệp Đại học Copenhagen, và rõ ràng, rất đáng chú ý vì trí tuệ của mình. Năm 1671, Roemer chuyển đến Paris, trở thành nhân viên của Cassini và rất nhanh chóng được bầu vào Viện Hàn lâm Khoa học - khi đó tập hợp những người uyên bác này ít ưu tú hơn sau này.

Ole Roemer

Vào cuối thế kỷ này, ông trở lại Đan Mạch, tiếp tục là một nhà thiên văn học hành nghề, và qua đời ở đó vào năm 1710. Nhưng tất cả điều này sẽ đến sau đó.

Nó là hữu hạn

Và vào năm 1676, ông đã đề xuất những phép tính không phức tạp, đối với thời hiện đại, đã làm nên tên tuổi của ông. Điểm mấu chốt của vấn đề rất đơn giản. Sao Mộc ở xa Mặt trời hơn Trái đất khoảng 5 lần. Nó tạo ra một vòng quay quanh Mặt trời trong khoảng 12 năm Trái đất (chúng tôi đang làm tròn các con số cho đơn giản). Điều này có nghĩa là trong nửa năm, khoảng cách từ Sao Mộc đến Trái Đất sẽ thay đổi khoảng một phần ba. Và điều này ít nhiều tương ứng với sự khác biệt quan sát được về thời gian nguyệt thực của các vệ tinh Galilê.

Io hôm nay

Hiện nay chúng ta rất dễ hiểu logic của suy luận này, nhưng vào thế kỷ 17, người ta thường nghĩ rằng tốc độ ánh sáng là vô hạn. Nhưng Roemer gợi ý rằng điều này không phải như vậy. Theo tính toán của ông, tốc độ ánh sáng vào khoảng 220 nghìn km / giây, thấp hơn một phần tư so với giá trị được thiết lập ngày nay. Nhưng đối với thế kỷ 17, nó không tệ ít nhất.

Sau đó, hóa ra mọi thứ không đơn giản như vậy, và sau hai thế kỷ nữa Laplace sẽ tính đến ảnh hưởng hấp dẫn của các vệ tinh lên nhau, nhưng đây là một câu chuyện hoàn toàn khác.

Ý tưởng của Roemer không đóng một vai trò quan trọng trong các khám phá địa lý. Việc quan sát các mặt trăng của Sao Mộc thông qua kính viễn vọng được lắp đặt trên tàu, do việc lăn gần như không thể thực hiện được. Và vào giữa thế kỷ 18, những chiếc máy đo thời gian đầu tiên đã được phát triển, phù hợp để xác định kinh độ.