光速高达每秒钟299792458米,如果以光速前进,那么我们只需大约1.3秒就可到月球。相信大家在对光的速度表示惊叹的同时,也会感到好奇,这么快的速度是怎么测出来的?下面我们就来聊一下这个话题。
伽利略的实验几百年以前,有不少人都认为光的速度是无限的,无论是多远的距离,光都可以瞬间到达。然而对于物理学家而言,这种观点是很难让人接受的,所以在1638年,物理学家伽利略就设计了一个实验。
根据他的设想,实验人员甲和乙一人一盏配有遮光板的灯,分别站在两座山的山顶(彼此能够看到),一切准备就绪之后,甲打开遮光板,同时记录时间,而乙在看到灯光之后,也马上打开遮光板,同时记录好时间,当甲看到乙的灯光之后,再次记录时间。
伽利略认为,这一套操作下来,就可以知道光的传播距离和传播时间,然后就可以通过“速度等于距离除以时间”这个简单的公式,轻松地计算出光速。
虽然这个实验简洁明了,但是因为伽利略低估了光的速度,同时又高估了人类的反应时间,所以人们根本无法在实验中测出光在山顶之间的传播时间,也就无法测出光速了。
“木卫一”的启示“木卫一”是木星的众多卫星之一,由于它的运行轨道与木星围绕太阳运行的轨道平面很接近,因此我们在地球上就可以观察到,在围绕木星公转的过程中,当它“躲”进木星的阴影时就会“突然消失”,而当它从木星的阴影中“走”出来时,又会突然出现。
这种现象被称为“木卫一蚀”,1676年,天文学者奥勒·罗默发现,当地球与木星的距离逐渐拉长的时候,“木卫一” 从木星的阴影中“走”出来的时间就会越来越晚,而当地球与木星的距离逐渐缩短时,情况却正好相反。
奥勒·罗默认为,“木卫一”的公转周期是固定的(约为42.5小时),如果光速是无限的话,那么就不可能出现这种现象,而之所以会这样,只能是因为光速是有限的,距离越长,光到达地球所需要的时间就越多,反之亦然。
奥勒·罗默的观点得到了很多科学家的认同,天文学家克里斯蒂安·惠更斯还根据当时的天文观测数据估算出了光的速度约为每秒钟22万公里。
尽管这与光速的实际值有相当大的偏差,但这也清楚地说明了两件事:1、光的速度是有限的;2、光的速度快得异乎寻常。于是科学家们就开始思考,如何用一种巧妙的方法来精确地测出光速。
阿曼德·斐索的旋转齿轮