光速大约每秒30万公里,如此快的速度到底是如何测量的?

光速大约每秒30万公里,如此快的速度到底是如何测量的?

奥勒·罗默,这位丹麦的天文学家,是第一个使用科学手段测量光速的人。他通过观察木星与木卫一之间的行星掩星现象,结合太阳与地球的相对位置,经过数十年的观测记录,得出了第一个科学的光速估值。1676年,他将结果提交给法国科学院,尽管该数据与实际光速存在偏差,但后世的科学家们认可他的观测过程本身是科学且精确的,只是由于当时的数学计算手段和对地球轨道半径的测量不够精确,才导致误差。如今,使用他所测量的各参数重新进行计算,得出的光速数值已与真实值十分接近。

在罗默之后,光速的测量技术沉寂了百余年,直至1849年,法国物理学家阿曼达·菲索重启了这一探索。他采用的方法更为先进,即齿轮遮光法。菲索所用的装置由光源、旋转的齿轮遮光板、8公里外的反光镜以及透镜等构成。通过计算反射回来的光通过齿轮空隙的次数及齿轮的转速,便能得出光速。此方法与伽利略的实验原理相似,但通过反射镜将光线传输距离拉长,并采用机械控制,从而减少了误差。不过,由于齿轮的齿具有一定宽度,导致测量的精确度受限,最终得到的光速数据为315000千米/秒。

此后,科学家们继续对菲索的实验装置进行改进。例如,1862年,法国物理学家莱昂·傅科将旋转齿轮遮板替换为旋转平面镜,使得光速的测量更加精确。1926年,美国人马尔克逊采用傅科的方法,将反射镜间距拉长至36公里,测得的光速为299796千米/秒。然而,依靠原始的室外直观实验方法,要进一步提高光速测量的精确度变得愈发艰难。

在此背景下,人类的实验场所由室外转为实验室,寻求更精细的测量手段。1972年,美国科学家在实验室中利用激光干涉法测量出了最为精确的光速,为299792456米/秒。这种方法通过将一束已知频率的激光分为两束,通过不同路径后合并,通过观察干涉图样并调整路径长度,从而计算出精确的波长,得到最精确的光速。理论上,这种方法无误差,唯一不确定的是对“米”的定义,这导致了微小的误差。为了消除这一误差,1983年在第17届国际度量衡大会上,人们重新定义了“米”,使其等于光在1/299792458秒内所走的距离。如此,光速成了一个整数,与米的尺度相统一,使光年成为一种标准的测量单位。

正是经过一代代科学家的不懈追求,光速的测量才达到了如今的精确度,成为现代物理学的基石之一。而那些固执地认为光速无限,或者认为“眼光”才是最快速度的人,他们的思想还停留在遥远的古代。返回搜狐,查看更多

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