以光速前进,1.3秒就可到月球,这么快的速度是怎么测出来的?

2025-02-13 14:05:52   阅客

光速每秒钟达到299,792,458米,如果以光速行进,约1.3秒就能到达月球。虽然这个数字令人惊叹,但我们可能会好奇,光速是如何被测定出来的?今天我们就来讨论这个话题。

以光速前进,1.3秒就可到月球,这么快的速度是怎么测出来的?

几百年前,许多人认为光的速度是无限的,无论多远,光都能瞬间到达。物理学家们对此观点无法认同,因此,1638年,伽利略设计了一个实验来探究光速的问题。实验的设计是这样的:甲和乙两人分别站在两座山顶上,每人手持一盏带遮光板的灯。当甲打开遮光板并记录时间时,乙会在看到灯光后立即打开自己的遮光板,并记录下时间。当甲看到乙的灯光时,甲再记录一次时间。通过这种方法,伽利略希望能够计算出光的传播速度。

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然而,伽利略低估了光的速度,同时高估了人类的反应速度,结果这个实验无法准确测出光的传播时间,因此也没能得出光速的结果。

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“木卫一”是木星的卫星之一,由于它的轨道与木星围绕太阳的轨道平面非常接近,在地球上我们可以观察到它在绕木星公转时,当它进入木星的阴影中时,似乎会“消失”,而当它从阴影中出来时,又会“突然显现”。这种现象叫做“木卫一蚀”。1676年,天文学家奥勒·罗默发现,随着地球与木星距离的增加,木卫一从木星阴影中出来的时间会延迟;而当地球与木星的距离变近时,木卫一出现的时间则提前。

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罗默推测,如果光速是无限的,就不会出现这种情况。只有当光速有限时,光传播的时间才会影响到木卫一的出现时机。他的这一发现得到广泛认可,天文学家克里斯蒂安·惠更斯也基于当时的观测数据估算出光速约为每秒22万公里。尽管与实际值有一定差距,这一研究首次清楚地表明了光速是有限的,并且非常快。科学家们开始思考如何用更精确的方式来测量光速。

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阿曼德·斐索在1849年提出了一种创新的测量光速的方法,他设计了一个带有720齿的旋转齿轮,将其放置在光源和镜子之间。当齿轮静止时,光从光源发出,穿过齿轮的缝隙,经过镜子反射后,再通过同一个缝隙被观察者看到。但当齿轮开始旋转并加速时,反射回来的光最终会被齿轮的齿挡住。如果齿轮继续加速,光反射回来的时候则会穿过另一个缝隙,观察者又能看到光的反射。

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通过这样的实验,斐索成功地测量出光速大约为每秒31.53万公里,这个数值非常接近实际的光速。

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1950年,物理学家傅科设计了一种旋转镜,通过这种方法他进一步精确测量了光速。在实验中,当旋转镜达到特定转速时,光会先经过旋转镜反射到固定镜,然后再从固定镜反射回旋转镜。通过这种方式,傅科精确测定的光速值为每秒28.9万公里,这个结果已非常接近光速的实际值。

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在傅科的方法基础上,物理学家迈克尔逊进一步改进了实验设备,他设计了一种精密的“正八角棱镜”。当光通过光源后经过正八角棱镜的反射,最终到达镜子并反射回,经过合适的转速,棱镜将转动1/8,使得光经过最后一次反射后能够被观察者看到。迈克尔逊从1879年开始进行光速测量,直到1926年经过多次实验,他测得的光速为每秒299,796公里,接近光速的真实值。

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今天,光速已被精确测量并标准化为每秒299,792,458米。随着测量技术的不断进步,我们对光的认识也愈加深入。希望大家对这一神奇的自然常数有了更加清晰的了解,我们下次再见。

责任编辑:吴玉蓉 K1365
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