【长知识】 光速是如何测出来的
来源: 作者:科普工作队 发布日期:2014-11-13 00:00:00
我们都知道,光是自然界中传播速度最快的一种物质,其速度 30 万千米 / 秒。那么,人类是如何测出这么快的光速的呢?从 17 世纪初 开始,就有许许多多的科学家在努力寻找一种测量光速的 有效 方法,并为此做了大量实验。

伽 利略是第一个想出测量光速方 法的人 , 但因光速太快 , 他的实验以失败告终。
第 — 个想出测量光速的方法的人是意大利科学家伽利略 。 1607 年,他 从光走直线的特性中受到启发,做了这样一个实验:他先让人手提 一 盏前面有盖的信号灯 , 分别站在两个山头上 , 两山相 距 1.5 千米。然后,伽利略让第一个人先打开灯盖 , 让第二个人一看到灯光就立即打开自己的灯盖,将光作为信号传出来。伽利略原以为只要测出这段时间,就能计算出光速了。然而在实验中,此二人的动作衔接时间过长,因此测量出来的数据很不准确,不尽 如人意,又加上光的传播速度实在太快,所 以这一实验最后以失败而告终。
两个多世纪以后, 30 岁的法国物理学家斐索对伽利略测光速的实验进行了仔细的分析、研究,终于发现了这个实验失败的原因。
大家对镜子的反光现象一定都很熟悉吧!光一照射到镜面上便会立即被镜面反射,这样一来,一条光线从发射到返回就是一次连续的运动。这一现象启发了斐索。
斐索认为只要能够准确地测量出光从发射到返回的时间差 , 就可以准确地计算出光的速度了。
斐索对实验装置做了一番改进。为了减少误差,他把伽利略实验中的第二个人换成了一面镜子,并用一只旋转的齿轮代替钟表计时。斐索改变了两山之间的间距,选择了两个相距 7 千米的山头,把旋转的齿轮和一面镜子分别放在山头上面。实验开始后,斐索首先让光通过齿轮的两个齿之间,照到另一个山头的镜子上;光线经过镜子反射后,又从齿轮的另外两个齿之间传回来。这样只要算出齿轮旋转的速度,那么光往返所用的时间就可以据此得到计算。斐索的试验得出的结果是,光的速度为每秒钟 315000 千米。为了纪念斐索的这一伟大贡献,人们称誉他为“第一个捕捉住光的人”。
人们探索光速的脚步并没有停止在斐索这里,到了 19 世纪,人们对光速的探求获得了更准确的结果。
美国历史上第一个诺贝尔奖获得者——物理学家麦克尔逊(他在精密光学仪器改进以及利用这些光学仪器进行计量学和光谱学的研究等方面作出了卓越的贡献)自 1879 年始,在此后整整 50 年时间里,不断地进行改进和重复测量,终于确定光速为( 299764 ± 4) 千米 / 秒。不幸的是,在一次光速测量中,麦克尔逊由于突发中风而去世,享年 79 岁。
【知识档案】
光速的测定在光学的发展史上具有非常特殊而重要的意义。它不仅推动了光学实验,也打破了光速无限的传统观念;在物理学理论研究的发展里程中,它不仅为粒子说和波动说的争论提供了判定的依据,而且最终推动了爱因斯坦相对论理论的发展。
1676 年,丹麦天文学家罗默第一次提出了有效的光速测量方法。他在观测木星的卫星的隐食周期时发现:在一年的不同时期,它们的周期有所不同;在地球处于太阳和木星之间时的周期与太阳处于地球和木星之间时的周期相差十四五天。他认为这种现象是由于光具有速度造成的,而且他还推断出光跨越地球轨道所需要的时间是 22 分钟。 1676 年 9 月,罗默预言预计 11 月 9 日上午 5 点 25 分 45 秒发生的木卫食将推迟 10 分钟。巴黎天文台的科学家们怀着将信将疑的态度,观测并最终证实了罗麦的预言 。
