光速这么快,三百年前的科学家是怎么测的?

作者: 庞蜜

来源: 果壳少年

发布日期: 2018-10-25

文章介绍了历史上科学家们如何测量光速的过程,从伽利略的实验到罗默的天文学观测,再到菲索的旋转齿轮法,最后到现代的激光和光学技术。这些方法不仅展示了科学家的智慧,也反映了科技进步对科学实验的影响。

如果让你测量小车匀速直线运动的速度,你会怎么测?这问题太简单了:让小车走一段距离,用米尺量一下位移,用秒表记录下时间,位移除以时间,搞定。可是,如果要测的是每秒三十万公里的光呢?你会发现根本找不到足够长的尺子,或是足够精确的表。这个问题有多难?难到历史上相当长的时间里,人们都认为光速无限大,可以瞬间传播任意距离。这虽然“符合”生活常识,但也有人不认可这个说法,比如伽利略。

他曾设计实验去测量光速,设计思路简单但很有启发性。在漆黑的夜里,他和助手们分为AB两组,每组手拿一盏煤油灯和一个机械钟摆,分别登上相隔很远的山峰。当B看到A灯亮了就开灯,之后A看到B灯亮就关灯,B看到A灯灭也关灯,A看到B灯灭再开灯,如此反复并记录灯开关的时间,尽可能排除随机误差,测量灯光在AB所在地之间往返的时间。

用距离和时间算光速,需要一个超大的距离,在计时手段落后的时期更是如此。所以,第一个证明光速有限的人是位观测木星的天文学家——罗默。当木星的卫星运动到木星背面,就会发生类似“月食”的木卫食现象,从地球上看,卫星会突然消失一下再出现。罗默发现,当地球接近和远离木星时,木卫食发生的周期不同,这正是光速有限的证据。

人类第一次在实验室中测得光速则要等到1849年。法国人菲索在前人思路的基础上设计了一个让人拍案叫绝的方案:旋转齿轮法。一束光从右上角的光源射向半透明镜,反射一次,光经过齿轮,有幸没被挡住的光线被远处的镜子反射,回来时第二次钻过齿缝,最终穿透半透镜,右边的观察者就可以看到。

今天,我们知道光是电磁波,又有了激光和现代光学技术,精确测光速的方法已有很多,可以用波长乘频率计算光速,不再需要把设备放那么远的距离。但在那个技术粗陋的年代,科学家们通过设计奇妙的实验方案破解难题,仍留给我们许多启示。

UUID: 0a303417-9766-4126-86d1-2f8f7cfd320a

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/果壳少年公众号-pdf2txt/2018-2019/2018-10-25_光速这么快,三百年前的科学家是怎么测的?.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0030 元