天天看點

光速每秒30萬公裡,以前科技還不夠發達,是用什麼方式測量出來的呢?今天我們都知道太陽與地球之間的距離大約是1.5億公裡,

作者:昆羽繼聖

光速每秒30萬公裡,以前科技還不夠發達,是用什麼方式測量出來的呢?

今天我們都知道太陽與地球之間的距離大約是1.5億公裡,光從離開太陽表面算起,大約8分17秒才能抵達地球。

十六世紀初,伽利略曾嘗試測量光速。據說,他當時心血來潮,想用帶擋闆的燈籠來測量光速,于是讓自己和一個助手各自站在不同的山頂,兩人之間有一段已知的距離,約定在特定的時刻打開擋闆,而由伽利略記錄從助手那到他所在位置的光的傳播時間。伽利略用脈搏作為計時器,但由于光速實在太快,無論他和助手在不同距離嘗試這個方法,都無法測量光傳播的時間。于是,伽利略得出結論,光速太快,用這種方法無法測量。

當時的科學界,各個實體學泰鬥對于光到底有沒有速度這個問題一直争論不休。開普勒和笛卡爾都認為光的傳播不需要時間,是瞬時進行的。但伽利略認為光速雖然傳播得很快,但卻是可以測定的,是以便有了上述實驗,雖然是以失敗告終。

1676年,一個叫做奧勒·羅默的人正在觀察木星的一顆衛星“木衛一”。“木衛一”位于伽利略衛星的最深處。正如地球上的觀察者所見,當木衛一移動到木星的陰影中時,它就突然消失了。而當它移動到木星的陰影之外時(其實是再次回到陽光中),它又重新出現在了人們的視野中。羅默對預測“木衛一”從木星陰影中出現的時間很感興趣。他有一個目标,想利用這些觀測結果更準确地确定木衛一的軌道周期,但并沒有試圖确定光速。

羅默注意到,随着地球越來越靠近木星,木衛一從陰影出現的時間變得越來越短,反之亦然。他意識到通過觀測和計算出的木衛一出現時間之間存在差異,而這可以用光的速度是有限的來解釋。由于在羅默的觀測過程中,地球正在遠離木星,是以從木衛一反射回來的光到達地球的時間會稍長一些,這将影響觀察到木衛一從木星陰影中出現的确切時間。

在羅默論文裡,他比較木衛一軌道周期的兩個時間間隔:一個是地球在朝向木星運作時的木衛一軌道周期(有向弧FG的方向),另一個是地球背向木星運作時的木衛一軌道周期(有向弧LK的方向)。

基于以上對木星衛星的“木食現象”的觀察,科學家惠更斯第一次運用天文學方法對光速進行了測算,将該值與地球半長軸(軌道半徑)的早期測量值相結合,計算出了光的速度大約為214000千米每秒。雖然這次所測得的結果和實際相差很遠,但考慮到它的古老性、測量方法和17世紀行星軌道精确尺寸的不确定性,這次測算也非常值得肯定。因為這次實驗在光學的發展史上具有非常特殊、非常重要的意義,它不僅推動了光學實驗,也打破了光速無限的傳統觀念。

1849年,德國實體學家菲索提出“旋轉齒輪法”來測量光速。該方法原理與伽利略的比較類似。他将一個點光源放在透鏡的焦點處,在透鏡與光源之間放一個齒輪,在透鏡的另一側較遠處依次放置另一個透鏡和一個平面鏡,平面鏡位于第二個透鏡的焦點處。點光源發出的光經過齒輪和透鏡後變成平行光,平行光經過第二個透鏡後又在平面鏡上聚于一點,在平面鏡上反射後按原路傳回。由于齒輪有齒隙和齒,當光通過齒隙時觀察者就可以看到傳回的光,當光恰好遇到齒時就會被遮住。從開始到傳回的光第一次消失的時間就是光往返一次所用的時間,根據齒輪的轉速,這個時間不難求出。通過這種方法,菲索測得的光速是315000千米/秒,誤差僅有5.1%。

1850年,法國實體學家傅科對上述方法進行了改進。他隻用一個透鏡、一面旋轉的平面鏡和一個凹面鏡。平行光通過旋轉的平面鏡彙聚到凹面鏡的圓心上,同樣用平面鏡的轉速可以求出時間。傅科用這種方法測得的光速是298000 千米/秒,誤差縮小到了不足1%,可以說是一個巨大的進步。

時至今日,科學家們則繼續改進測量方法,通過波長和頻率來計算光速。

1972年,埃文森測得了目前真空中光速的最佳數值為:299792457.4±0.1米/秒。

光速的測定在光學的研究曆程中有着舉足輕重的意義。從人們設法測量光速,到實際測量出精确數值,前後一共經曆了三百多年的時間,這期間每一次精确度的提高,都代表着人類實體學的偉大進步。

從上述科技發展的過程和路徑可以看出,每一項技術的發展都有技術路線、每一個時代的後人都會研究學習前人成果而後想方設法進行改進,這才是科學技術發展的必由之路和正常之路。是以,誰要是平地起高樓,之前技術基礎一片空白,突然某天大爆發,有了什麼文藝複興,在造紙術印刷術沒有普及的時代、在教育不成型的時代、在文字沒有成體系的時代、在肚子沒填飽的時代、在人口數量沒有成規模的時代,突然湧現大批大科學家,那一定是在胡說八道。

***關注我,關注《昆羽繼聖》,關注文史科普與生活資訊,發現一個不一樣而有趣的世界***

#實體##光速##我來科普##科普##科普有料##科普一下##科技##科技圈大小事##我要上頭條#

光速每秒30萬公裡,以前科技還不夠發達,是用什麼方式測量出來的呢?今天我們都知道太陽與地球之間的距離大約是1.5億公裡,
光速每秒30萬公裡,以前科技還不夠發達,是用什麼方式測量出來的呢?今天我們都知道太陽與地球之間的距離大約是1.5億公裡,
光速每秒30萬公裡,以前科技還不夠發達,是用什麼方式測量出來的呢?今天我們都知道太陽與地球之間的距離大約是1.5億公裡,
光速每秒30萬公裡,以前科技還不夠發達,是用什麼方式測量出來的呢?今天我們都知道太陽與地球之間的距離大約是1.5億公裡,
光速每秒30萬公裡,以前科技還不夠發達,是用什麼方式測量出來的呢?今天我們都知道太陽與地球之間的距離大約是1.5億公裡,
光速每秒30萬公裡,以前科技還不夠發達,是用什麼方式測量出來的呢?今天我們都知道太陽與地球之間的距離大約是1.5億公裡,
光速每秒30萬公裡,以前科技還不夠發達,是用什麼方式測量出來的呢?今天我們都知道太陽與地球之間的距離大約是1.5億公裡,
光速每秒30萬公裡,以前科技還不夠發達,是用什麼方式測量出來的呢?今天我們都知道太陽與地球之間的距離大約是1.5億公裡,
光速每秒30萬公裡,以前科技還不夠發達,是用什麼方式測量出來的呢?今天我們都知道太陽與地球之間的距離大約是1.5億公裡,

繼續閱讀