光速・秒速299792.458キロメートルはなぜ測定出来たのか?
光速はなぜ分かったのか?
太古の昔から議論されていていましたが、その歴史についてお答えします。
光速は、光が真空中で伝播する速さのことです。現在、光速は秒速299792.458キロメートルと定義されていますが、この値が正確に測定されるまでには長い時間がかかりました。
ガリレオ・ガリレイの測定
古代の人々は、光の速度は無限大であると考えていました。光の速度を測ることを初めて考えたのは、イタリアのガリレオ・ガリレイ（1564-1642）だと言われています。ガリレオは、遠く離れた2か所に置いたランプの合図を用いて光速を測定する方法を提案しましたが、光速はあまりに速く、当時の計測器ではこの方法でわずかな時間を正確に測ることができませんでした。
オーレ・レーマー
光に速度があることを実際に証明したのが、デンマークの天文学者であるオーレ・レーマー（1644-1710）です。レーマーは1676年、木星とその衛星であるイオを観測中に、木星にイオが隠れる周期が予想よりもわずかに遅れていることに気づきました。この遅れの原因を、木星から地球に光が届くのに時間がかかるためであると推測しました。これはつまり、光に速度があることと同じ意味となります。そこでレーマーは観測データをもとに、光の速度を算出することに成功しました。レーマーが計算した光の速度は秒速21万4300キロメートルで、現在の値よりも30％小さく不正確なものでしたが、レーマーの発見は、光に速度があることを証明した画期的なものでした。
アルマン・フィゾーとレオン・フーコー
その後、フランスの物理学者であるアルマン・フィゾー（1819-1896）やレオン・フーコー（1819-1868）が、回転する鏡を使って光の速度を測定しました。フィゾーは1849年に、光が8.6キロメートル離れた鏡で反射して戻ってくる往復の時間を計測し、光の速度が秒速31万5300キロメートルであると算出しました。これは現在の値とかなり近くなっています。フーコーは1850年に、水中での光の速度が空気中の3/4ほどであることを発見しました。
20世紀についに突き止めた光の速さ
20世紀に入ると、電磁波やレーザーなどの技術を応用してさらに高精度の測定が行われるようになりました。測定結果のずれは1970年代にはほぼなくなり、1983年には「国際度量衡委員会」という国際委員会において、真空中の光の速度が秒速299792.458キロメートルとして確定することになりました。これが「光速（光速度）」です。
以上が、光速がなぜ分かったのか、その歴史についての説明です。参考になれば幸いです。
光速が分かったことで、物理学・天文学はどう進歩したのか
光速が判明したことは、天文学にとって大きな進歩をもたらしました。光速が有限であるということは、遠くの天体から届く光は、その天体の現在の姿ではなく、過去の姿を映しているということを意味します。
つまり、光を使って天体を観測することは、宇宙の歴史を遡ることになります。例えば、太陽から地球までの距離は約1億5000万キロメートルですが、光速は秒速約30万キロメートルなので、太陽からの光が地球に届くまでには約8分19秒かかります。
したがって、私たちが見ている太陽は、実際には8分19秒前の太陽です。同様に、最も近い恒星であるプロキシマ・ケンタウリからの光は、約4.2光年の距離を光速で進んできます。これにより、私たちが見ているプロキシマ・ケンタウリは、実際には4.2年前のプロキシマ・ケンタウリと判断できます。
さらに、銀河系の中心からの光は、約2.6万光年の距離を光速で進んできます。つまり、私たちが見ている銀河系の中心は、実際には2.6万年前の銀河系の中心です。
このように、光速が分かったことで、私たちは遠くの天体の過去の姿を観測することができるようになりました。これは、宇宙の起源や進化を理解するために非常に重要なことです。
また、光速が分かったことは、天文学における距離の測定にも影響を与えました。光速が一定であるということは、光がある距離を進むのにかかる時間を測ることで、その距離を計算することができるということです。
例えば、太陽系内の惑星の距離は、レーダーを使って測定することができます。レーダーは、電磁波を惑星に向かって送り、反射して戻ってくるまでの時間を測定します。この時間に光速を掛けると、惑星までの距離が求まります。
同様に、太陽系外の恒星の距離は、年周視差という現象を使って測定することができます。年周視差とは、地球が太陽の周りを公転することで、近い恒星の位置が遠い恒星に対してわずかに変化するという現象です。この変化の角度を測定することで、恒星までの距離が求まります。
このとき、光速が分かっていることで、1光年という距離の単位を定義することができます。1光年とは、光が1年間に真空中で進む距離で、約9兆5000億キロメートルです。
このように、光速が分かったことで、私たちは天文学的な距離を測定することができるようになりました。これは、宇宙の大きさや構造を把握するために非常に重要なことです。
以上のように、光速が分かったことで、天文学は大きく発展しました。光速は、宇宙の歴史や距離を測定するための基準となりました。
光速は、宇宙における最大の速さであり、物理学においても時間と空間の基準となる特別な意味を持つ値でもあります。光速は、私たちが宇宙を理解するための鍵となる値なのです。
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