问:谁第一个测出了光速?他是什么时候发现的呢?又是通过什么方式呢?

光速是几几年测出来的(谁第一个测出了光速)(1)

图解:光从离开太阳表面算起,需大约8分17秒才能到达地球。 答:从古希腊时期,科学家们就开始研究光速。大多数的古希腊天文学家相信,在所有事物中,光速是无穷快的。但是他们没有方法来验证这个似乎有道理的猜想。所以直到16世纪早期之前,人们普遍认为这样的猜想是正确的。而伽利略的出现改变了这一切。

光速是几几年测出来的(谁第一个测出了光速)(2)

图解:朱斯托·苏斯泰曼斯所作的伽利略肖像 伽利略试图通过使用带挡板的灯笼测量光速。他让助手站在很远的地方,并在特定时间打开挡板,而伽利略将记录从助手那到他所在位置的光的传播时间。只不过他的结论是光速实在是太快了,无法通过实验测量。(事实上,根据我们现在对光速的了解,我们可以断言,如果伽利略和他的助手相距大约一英里,那么光从伽利略到他的助手这只需要大约五微秒(五百万分之一秒)的光。这太快了,无法用当时的技术来衡量。)

光速是几几年测出来的(谁第一个测出了光速)(3)

第一次正确测量光速是在1676年由一个叫做奥勒·罗默的人完成的。当时罗默正在观察木星的卫星木卫一,它位于伽利略卫星的最深处。正如地球上的观察者所见,当木卫一移动到木星的阴影中时,它会突然消失,而当它移动到木星的阴影之外(回到阳光中)时,它会重新出现。罗默对预测木卫一从木星阴影中出现的时间感兴趣。他的目标是利用这些观测结果更准确地确定木卫一的轨道周期;而并没有试图确定光速。

光速是几几年测出来的(谁第一个测出了光速)(4)

罗默注意到,随着地球越来越靠近木星,木卫一从阴影出现的时间变得越来越短,反之亦然。他意识到通过观测和计算出的木卫一出现时间之间存在差异,而这可以用光的速度是有限的来解释。由于在罗默的观测过程中,地球正在远离木星,所以从木卫一反射回来的光到达地球的时间会稍长一些,这将影响观察到木卫一从木星阴影中出现的确切时间。

光速是几几年测出来的(谁第一个测出了光速)(5)

图解:这是按照罗默的1676年绘图重新绘制的版本。在罗默论文里,他比较木卫一轨道周期的两个时间间隔:一个是地球在朝向木星运行时的木卫一轨道周期(有向弧FG的方向),另一个是地球背向木星运行时的木卫一轨道周期(有向弧LK的方向)。 基于这些观察,罗默计算出光穿越地球公转直径的距离大约需要22分钟。将该值与地球半长轴(轨道半径)的早期测量值相结合,给出了大约每秒210,000公里的光速。这大约比光速的现代值低30%,但是考虑到它的古老性、测量方法和17世纪行星轨道精确尺寸的不确定性,这个值非常接近每秒299,792.458公里的现代值。

光速是几几年测出来的(谁第一个测出了光速)(6)

如今,任何人都可以使用网络搜索真空中的光速,并在几秒钟内获得准确的结果:299 792 458米/秒。但是到底是谁发现了光速,他们又是如何做到的呢? 十六世纪初,伽利略是第一个尝试测量光速的人。伽利略和一个助手各自站在不同的山顶上,他们之间有一段已知的距离,他们的计划是让伽利略打开灯的挡光板,然后让他的助手看到伽利略发出的光的同时也打开他手里灯的挡光板。

光速是几几年测出来的(谁第一个测出了光速)(7)

伽利略利用山顶之间的距离并用脉搏作为计时器,计划测量光速。他和他的助手用不同的距离尝试了这个方法,但是不管他们相距多远,他都无法测量光传播的时间。 伽利略得出结论,光速太快,用这种方法是无法测量的。他是正确的。我们现在非常精确地知道光速,如果伽利略和他的助手在相距1.5千米的山顶上,光从一个人传播到另一个人需要花费0.0000054秒的时间。所以伽利略无法用他的脉搏来测量光速是可以理解的!

光速是几几年测出来的(谁第一个测出了光速)(8)

图解:光行差:由于光速有限,来自远处的光会因望远镜的移动而产生视觉上位移。

参考资料

1.WJ百科全书 2.天文学名词 3. Dave Kornreich- curious 如有相关内容侵权,请于三十日以内联系作者删除 转载还请取得授权,并注意保持完整性和注明出处

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