Vận tốc ánh sáng là thứ vận tốc cực đại mà mọi vật chất, năng lượng và thông tin trong vũ trụ có thể đạt tới, xét theo thuyết tương đối hẹp. Đây được xem là giới hạn trên của tốc độ trong vũ trụ (Không phải là vũ trụ Marvel hay DC nha), có nghĩa là không gì có thể nhanh hơn nó được. Đã từng có thời con người cho rằng ánh sáng truyền đi với vận tốc vô hạn vì kiến thức và kĩ thuật lúc bấy giờ là chưa đủ để chúng ta xác định được nó. Câu chuyện về cách đo vận tốc ánh sáng là một câu chuyện thú vị mà bây giờ mình sẽ kể cho anh em nghe.
Vì ánh sáng vốn xuất hiện từ thuở sơ khai, nên từ thời xa xưa con người đã nghĩ về nó. Các triết gia cổ của Hy Lạp đã từng đưa ra nhiều quan niệm về vận tốc ánh sáng. Theo Aristotle, ánh sáng là thứ tức thời, nó di chuyển ngay lập tức. Triết gia Empedocles thì lại cho rằng bản chất ánh sáng vốn là chuyển động, nó phải mất thời gian để di chuyển và do đó, nó phải sở hữu một vận tốc nhất định. Có vẻ hai ngài triết gia đã không kịp biết được sự thật về thứ mà họ tìm kiếm cho tới lúc qua đời. Thậm chí Euclid và Ptolemy từng cho rằng ánh sáng phát ra từ mắt người để phục vụ cho việc nhìn.
Dời thời điểm lịch sử lại gần hơn một tí đến giai đoạn của Galileo Galilei. Ông được xem là một trong những người đầu tiên thực hiện việc đo vận tốc ánh sáng. Vào năm 1667, Galilei đã thực hiện thí nghiệm này bằng cách: Hai người đứng cách nhau xa khoảng 1 dặm (1,6 km) trên hai đỉnh đồi, mỗi người sẽ cầm một chiếc lồng đèn được che phủ. Khi đèn được rọi qua phía bên kia bằng cách mở khe chắn thì người bên đó sẽ phản hồi lại. Dĩ nhiên kết quả thật dễ đoán, ông cho rằng thí nghiệm này không thể nào đo được nên chỉ ước tính vận tốc ánh sáng nhanh gấp khoảng 10 lần vận tốc âm thanh. Sau này khi mô phỏng lại thí nghiệm, người ta tính ra rằng độ trễ của Galilei là khoảng 11 micro giây, mắt người hoàn toàn không thể nhận biết điều này được.
Ba năm sau đó, nhà thiên văn học người Đan Mạch Ole Rømer đã dựa vào hiện tượng nhật thực trên mặt trăng của Sao Mộc để tính tốc độ. Ông đã quan sát thời gian trôi qua giữa các lần xảy ra nhật thực trên mặt trăng Io. Sau đó ông ta nhận ra mất khoảng 11 phút để ánh sáng từ Mặt Trời chạm tới Trái Đất.
Ole được xem như là người đầu tiên chứng minh được tốc độ ánh sáng là hữu hạn. Lúc bấy giờ ông tính được c=200.000km/s, và dĩ nhiên kết quả này không mang độ chính xác cao, lệch khoảng 26% so với vận tốc thực tế mà bây giờ chúng ta sử dụng.
Vấn đề này đi qua nhiều cái đầu của những nhà khoa học lỗi lạc nhất mà chúng ta từng biết. Vào năm 1728, James Bradley nhờ vào khám phá khái niệm quang sai (mình xin không đưa ra định nghĩa quang sai sẽ lan man), đã tính ra được kết quả 295.000km/s. Sau đó, trong thế kỉ 19, hai nhà khoa học người pháp là Hippolyte Fizeau và Leon Foucault đã lắp đặt các hệ thống gương phản xạ để tính toán và đưa ra ước lượng khoảng 298.000km/s. Rồi đến Weber, Kirchhoff, Maxell cũng bắt tay vào nghiên cứu về ánh sáng trong giai đoạn này.
Kĩ thuật chính xác nhất để đo ánh sáng cho tới hiện tại là sử dụng giao thoa kế laser - Laser Interferometer - để đo ánh sáng vào năm 1972. Hẳn là anh em cũng biết về sự kiện chứng minh sóng hấp dẫn cách đây vài ba năm đúng không, họ cũng sử dụng giao thoa kế laser gọi là LIGO để đo đạc đấy. Các giao thoa kế laser thường có cấu tạo bố trí như bên dưới. Chùm tia laser sau khi được phát ra, đi qua những tấm gương và gương bán mạ sẽ được thu lại bằng các sensor. Xử lý các tín hiệu này, người ta xác định tốc độ c = 299792456.2m/s. Mặc dù vẫn xuất hiện sai số, tuy nhiên các sai số này là do sự sai lệnh trong việc định nghĩa đơn vị đo của mét. Vào năm 1975, tại hội nghị đo lường Conférence Générale des Poids et Mesures, người ta chọn c = 299792458 m/s trong môi trường chân không và đồng thời định nghĩa lại độ dài 1 mét bằng khoảng cách ánh sáng đi được trong 1/299792458 giây.
Có một cách khá thú vị để anh em có thể tự đo vận tốc ánh sáng tại nhà, mình sẽ chia sẻ trong bài sau nha 😁
Khóa đào tạo Power BI phân tích báo cáo để bán hàng thành công
KHÓA HỌC LẬP TRÌNH PYTHON TỪ CƠ BẢN ĐẾN CHUYÊN NGHIỆP
