Jak Galileusz mierzył prędkość światła

Galileusz wraz z pomocnikiem, wyposażeni w latarnie, najpierw na niewielkiej odległości jeden od drugiego, wprawili się w „konwersacji”, która polegała na tym, że kiedy jeden z nich zasłaniał światło swojej latarni tak, że drugi go nie mógł zobaczyć, natychmiast drugi odsłaniał zasłonięte dotąd przed wzrokiem pierwszego światło swojej latarni. Osiągnąwszy mistrzostwo w odsłanianiu i zasłanianiu swoich latarni, pewnej nocy, oddalili się na odległość trzech ⁱⁱ, mil włoskich (około 4,5 km) i przeprowadzili eksperyment.

Tę metodę pomiaru opisał Galileusz w swojej ostatniej publikacji: „Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze…”ⁱⁱⁱ, której polskie wydanie z 1930 roku, „Rozmowy i dowodzenia matematyczne w zakresie dwóch nowych umiejętności dotyczących mechaniki i ruchów miejscowych” dostępne jest najczęściej w czytelniach akademickich.

Galileusz nie wspomina w swoim dziele, jak chcieli dokonać pomiaru prędkości światła eksperymentatorzy. Być może mieli zamiar odnotować konkretne godziny przeprowadzania swoich czynności i obserwacji. A być może (co jest bardzo prawdopodobne) w zamyśle mierzony miał być czas, jaki upłynie od zasłonięcia pierwszej latarni do odsłonięcia drugiej, co wystarczyłoby przecież do wyliczenia prędkości światła.

Jeśli światło poruszałoby się z jakąś dużą, lecz obserwowalną gołym okiem prędkością, Galileusz, po zasłonięciu swojej latarni ujrzałby światło z latarni pomocnika po jakimś czasie (powiedzmy 10 s). Podobnie pomocnik po odsłonięciu swojej latarni ujrzałby światło z odsłoniętej tym razem latarni Galileusza po takim samym czasie (10 s). Co by to oznaczało? Tyle, że światło na przebycie 6 mil, potrzebuje 10 sekund, lub, co jest równoznaczne z tym wnioskiem, że w ciągu 5 sekund przebywa światło 3 mile. Dawałoby to prędkość światła równą 1,666(6) mili na sekundę.

Wnioski Galileusza z przeprowadzonego doświadczenia

Mimo że rozumowanie Galileusza było jak najbardziej poprawne, to ze względu na ogromną prędkość światła, eksperyment nie mógł się udać. Ciekawe są jednak wnioski, jakie wyciągnął uczony z tej próby. Otóż, dopuścił on wobec rezultatów swojego eksperymentu, że prędkość światła może być co prawda nieskończona, jednak w oparciu o obserwację wyładowań atmosferycznych ^iv, skłaniał się bardziej ku stwierdzeniu, że nieskończoną nie jest, natomiast jest niezwykle wielką, co wyraził następująco: „… jeżeli światło nie jest momentalne, to prędkość jego jest znaczna, tak że może być przyrównaną do ruchu, jaki widzimy w jasności błyskawicy, między chmurami odległemi na osiem do dziesięciu mil; odróżniamy tam początek, nawet źródło, w pewnem oznaczonem miejscu między chmurami; a choć bezpośrednio potem następuje największe rozszerzenie jasności w okolicznych chmurach, wydaje mi się jednak, że następuje w ciągu pewnego czasu, bo gdyby rozjaśnienie następowało odrazu w całości, a nie stopniowo, trudnoby nam było odróżnić jego początek, powiedziałbym środek, od brzegów i ostatecznego rozszerzenia.”

Niespełna 40 lat po publikacji "Rozmów..." Galileusza, duński astronom, Olaf Roemer, na podstawie obserwacji zaćmień jednego z księżyców Jowisza oszacował prędkość światła na 214 000 km/s, co uzmysłowiło uczonym po raz pierwszy, z jak ogromną prędkością porusza się światło . Wynik tego eksperymentu, jak i późniejszych (np. Bradley w 1726 uzyskał prędkość bliską rzeczywistej 301 000 km/s) ostatecznie rozstrzygnął jednocześnie o skończonej wartości prędkości światła.

Bibliografia:
1. Blomquist, J.; Goldberg, D.: Jak przetrwać wśród czarnych dziur. Warszawa: Prószyński i S-ka,2014
2. Galilei, G.: Rozmowy i dowodzenia matematyczne w zakresie dwóch nowych umiejętności dotyczących mechaniki i ruchów miejscowych. Warszawa, 1930

ⁱ Jest to prędkość światła rozchodzącego się w próżni. W innych ośrodkach prędkość światła maleje proporcjonalnie do gęstości tego ośrodka.

ⁱⁱ W „Rozmowach…” wspomina o eksperymencie, o którym słyszał i tam podaje odległość 3 mil, a po kilkunastu zdaniach mówi o eksperymencie, który sam przeprowadził, skróciwszy dystans do mniej niż 1 mili. Ponieważ cała „Rozmowa…” przedstawiona jest jako dialog trzech osób, trudno na tej podstawie stwierdzić, z jaką ostatecznie odległością zostało przeprowadzone doświadczenie Galileusza.

ⁱⁱⁱ Pełny tytuł oryginału brzmi „Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze attenati alla Mecanica i Movimenti Locali del Signor Galileo Galilei. Con una Appendice del centro di gravita d’alcuni solidi.”

^iv Galileusz pominął wiele aspektów dokonując tej analogii, niemniej jednak okazała się ona prowadząca do prawidłowych wniosków.