يمكننا معرفة ذلك إذا تعمقنا في العلوم الفيزيائية لأن تجربتنا اليومية تظهر أن انتشار الضوء يحدث بشكل فوري. عندما نرى المدفع عند إطلاقه من مسافة بعيدة، نلاحظ وصول وميض الضوء إلى أعيننا دون انقطاع. وعلى عكس الصوت، لا يصل الصوت إلى الأذن إلا بعد مرور فترة زمنية كبيرة. ومع ذلك، اعتقد العلماء والفلاسفة القدماء أن الضوء يجب أن يسافر لفترة معينة من الزمن.
تاريخ دراسة سرعه الضوء
أول مناقشة مسجلة لسرعة الضوء كانت من قبل المفكر اليوناني أرسطو، الذي استخدم هذا البيان: يبدو أن أرسطو نفسه لم يوافق على أن ضوء الشمس يجب أن يستغرق بعض الوقت للوصول إلى الأرض، وحتى ديكارت يعتقد أن هذا الضوء ينتقل بشكل فوري.
أما غاليليو فقد أشار إلى أنه لا يمكن استنتاج أي نتيجة حول سرعة الضوء من هذه الملاحظة المجردة، باستثناء أن الضوء ينتقل بسرعة أكبر من الصوت. لكنه اقترح أيضًا طريقة محتملة لدراسة سرعة الضوء، وكانت الفكرة هي وجود شخصين متباعدين ومغطين بفانوس. أحدهما يومض فانوسه، والآخر يومض فانوسه بمجرد رؤية الضوء، ويجب أن يمارس ذلك على مسافة قريبة حتى يعتادوا على زمن رد الفعل، وبعد ذلك يجب أن يكونوا على مسافة ميلين أو ثلاثة أميال. أو حتى بالتلسكوب لمعرفة الفاصل الزمني، وما إذا كان قد أصبح أطول بكثير. قال جاليليو إنه أجرى التجربة بالفعل على بعد أقل من ميل واحد ولم يتمكن من اكتشاف الفجوة الزمنية.
أول من أكد أن الضوء ينتقل بسرعة قابلة للقياس
أول من أثبت أن الضوء ينتقل بسرعة قابلة للقياس هو عالم الفلك الدنماركي أولي رومر، الذي كان يعمل آنذاك في مرصد باريس، ولم يكن يبحث عن سرعة الضوء عندما اكتشفها. وبدلاً من ذلك، فهو يجمع الملاحظات من مدار IO، وهو أعمق أقمار المشتري الأربعة الكبيرة التي اكتشفها غاليليو في عام 1610. ويأمل رومر في تحديد القيمة الدقيقة للفترة المدارية للقمر الصناعي لتوفير نوع من الساعة في السماء. أثبتت هذه الدراسات في النهاية أنها غير عملية وتم التخلي عنها بعد تطوير ساعات بحرية دقيقة. لكن بيانات IO كشفت بشكل غير متوقع عن مشكلة علمية أخرى: تحديد سرعة الضوء.
تفسير انتقال الضوء بسرعة يمكن قياسها
ومن خلال سنوات من توقيت هذه الخسوفات، لاحظ رومر شيئًا غريبًا: مع تحرك الأرض نحو المشتري في مدارها، قصر الوقت بين الخسوف المتتالي تدريجيًا، ومع تحرك الأرض بعيدًا عن المشتري، انخفض الوقت بين الخسوفين المتتاليين تدريجيًا. يصبح الكسوف أطول في المقابل. ويقدر رومر أنه عندما تكون الأرض أقرب إلى كوكب المشتري.
سيحدث الكسوف في مدار IO قبل حوالي 11 دقيقة من المتوقع بناءً على متوسط الفترات المدارية على مدار سنوات عديدة. وبعد ستة أشهر ونصف، عندما كانت الأرض بعيدة عن المشتري، حدث الكسوف بعد حوالي 11 دقيقة من الموعد المتوقع. لقد أدرك أن الفارق الزمني كان بسبب سرعة الضوء المحدودة. وهذا يعني أنه عندما تكون الكواكب على جانبين متقابلين من الشمس، فإن الضوء الصادر من نظام المشتري يصل إلى الأرض من مسافة أبعد منه عندما تكون أقرب إلى بعضها البعض. ادرك ان الضوء يستغرق 22 دقيقة ليعبر قطر مدار الأرض. ولذلك يمكننا حساب سرعة الضوء عن طريق قسمة قطر مدار الأرض على فارق التوقيت.
مساهمات أينشتاين في تأكيد أن الضوء ينتقل بسرعة ثابتة
ووفقاً لأبحاث لاحقة، فإن الضوء ينتقل بسرعة ثابتة تبلغ 300 ألف كيلومتر في الثانية، بغض النظر عما إذا كان مصدر الضوء باتجاهك أو بعيداً عنك، على عكس ما تقوله الفيزياء الكلاسيكية والحس السليم. لقد أوضحت عبقرية أينشتاين سبب ثبات سرعة الضوء وعدم اعتمادها على سرعة مصدر الضوء أو الراصد. في عام 1905، أدرك أينشتاين وعالم الرياضيات الفرنسي هنري بوانكاريه أن فكرة الأثير كوسيلة للضوء كانت غير ضرورية على الإطلاق، لذلك كان الناس على استعداد للتخلي عن فكرة الزمن المطلق.
كما أدرك أينشتاين أن معادلات ماكسويل أحدثت تناقضًا في قوانين الفيزياء لأنها قالت إنه إذا تمكن الإنسان من التقاط شعاع من الضوء، فسوف يرى موجة كهرومغناطيسية ثابتة، وهو أمر مستحيل. لذلك افترض أينشتاين أن سرعة الضوء تلعب في الواقع دور السرعة اللانهائية في كوننا، لذلك لا يمكن لأي شيء أن يسافر أسرع من الضوء.
ولذلك فإن أول من أكد أن الضوء ينتقل بسرعة قابلة للقياس هو أولي رومر، كما بحثت الدراسات اللاحقة أيضًا في سرعة الضوء ووضعت معادلات ونظريات أثبتت ثباتها.
