光波�@（光速の測定の歴史）

１．導入

これまで波の性質を学習し，音波を学習しました。今日からは光波です。 しかし，光って何なんでしょうか？波ですか？これはいずれ話をしますが， そもそも速さがあるのでしょうか？だって電気をつけたらすぐに点くじゃないですか。
昔の人も同様に思っていました。かのデカルトも光の速さは無限大と考えていました。 その数年後ガリレオは光の速さが有限だとして（1638年「新科学対話」）， 遠く離れたランプで合図して測ろうとしますが， あまりに光速が速いため測定できませんでした。 しかし光に有限の速度があるって考えるのはすごいことだね。

２．光速の測定の歴史

では，どのように光の速さを測定したのでしょうか？

先に結論を書いておけば，光の速さは真空中では3.0×10⁸[m/s]です。
振動数にも関係なく媒質によって決まります。

1676年レーマーによる木星衛星の食による測定
レーマーはカッシーニが測定した木星の衛星であるイオの食（木星の陰に隠れて見えなくなる現象）の起こる予想時刻が， 地球の位置によって変化することに着目します。 イオの公転周期は42.5時間ですので，地球が静止していれば42.5時間おきに食に入ります。 太陽−地球−木星と並んでいるときに食の起こる時刻を観測します。 それをもとに，地球−太陽−木星と並んでいるときの食の起こる時刻を予想します。 しかし，実際に観測すると予想時刻よりも22分(1320秒)ほど遅れて食が始まります。 つまり，地球の公転の直径を光が伝播するのに22分かかるということです。
当時は公転直径は2.93×10¹¹[m]と考えられていたので，計算して，
ｃ＝2.93×10¹¹[m]／1320秒≒2.2×10⁸[m/s]　と求めました。

この値は実際の光速の値よりもだいぶ小さいですが， 現在の測定では食の時刻の遅れは16分36秒(996秒)，公転の直径は2.99×10¹¹[m]であり， この値をもとに計算すると，3.00×10⁸[m/s]となり，かなり近い値になります。
何よりこれが世界初の光速の測定となり，光の速さが有限であることの証明になったわけです。

1728年ブラッドリーによる年周光行差による測定
力学のところで，雨が鉛直下向きに降っているときに電車から雨を見ると， 斜めに降っているように見えることを説明しました。同様に，実際には真上にある星も， 地球が公転運動しているために，斜めにあるように見えます。この角度のずれを年周光行差といいます。

地球の公転の速さは3×10⁴[m/s]，光行差は20.5分(1°＝60分）とわかっていたので，計算すると，
c＝v/tanθ≒3×10⁸[m/s]と，かなり正確な値を導きました。

※ちなみにブラッドリーの光行差の発見は，地動説の観測的なはじめての証拠と言えます。

３．フィゾーの測定の問題演習

1849年にはフィゾーがはじめて地球上で光速の実験を行います（宇宙では光の速さが違うかもしれないからね！）。 これは問題を解いて，理解していきましょう。

解答です。

生徒から質問
生徒「８km離れていたら地球は丸いので少しは誤差が出るのではないですか？」
私「確かに誤差はあるかもしれないが，その誤差は10cmにもならないでしょう。 つまり有効数字２桁よりももっと細かい誤差のはずなので，この実験の精度では問題にならない。 回転数などもっと正確に（つまり有効数字の桁数を多く）測定できるのであれば， そうしたことも考慮にいれないとまずいでしょう。」

５．まとめ

今日は光速の測定について学習しました。 このあとマイケルソンとモーレーは季節によって地球上での光の速度は変化しないことを発見します。 これは光はエーテルという物質を伝搬するとニュートンがいうわけですが，実際にはそうではないことを決定付けるもので， ここから「光速度不変の原理」につながっていきます。
という難しい話は抜きにしても，光の速さを測定することの難しさ，そして光に速さがあるということすら発見するのに 大変であることは分かってもらえたかと思います。 実験屋さんは自分で実験できるような実験を考えるのが大変です。 実験装置が売っているわけもないので，自分でそこからつくる。 そうした積み重ねが大きな発見につながるのです。

授業を終えて。。。
時間が余ったので屈折の復習をしました。 実際にレーザーポインターとストップウォッチをもっていくべきだ。
それよりも光とは何か，色とは何かを入れたほうがよい。再考。

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