物理史话之光的速度罗默

现在我们每个人都知道光在真空中的速度大约是3×10^8m/s,但是光的速度是怎么测量出来的呢?它又是通过什么方法测出来的呢?测出光速对我们的物理学发展来说又有什么意义呢?带着这些问题,我们一起来了解一下本文的主角--丹麦天文学家--罗默。

物理史话之光的速度罗默

奥勒·罗默

奥勒·罗默于1644年(比牛顿小2岁)出生在丹麦的奥尔胡斯,他的父亲是一个商人和船长,罗默家境优渥。1662年,罗默从奥尔胡斯大教堂学校毕业,进入了哥本哈根大学学习,师从于发现方解石的双折射性的拉斯穆·巴林托教授,1668年前后他借住在导师家中,借此契机他得以学习到大量关于丹麦天文学家第谷学说的知识。1672年,法国著名天文学家皮卡德在丹麦发现罗默的才能,劝他移居法国。罗默随皮卡德到法国后,作为他的助手,在皇家天文台工作,共同观察木卫。这期间罗默当选为法兰西科学院院士并兼任法国皇太子的私人教师。他还参与设计了凡尔赛宫壮观的大喷泉。

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美丽的哥本哈根

1681年,罗默回到丹麦,担任哥本哈根大学的天文学教授,他创制和改进了许多精密仪器和天文观测仪器,使天文台的装备大大改善,可以确定1000多颗星的位置。罗默发明了一种有刻度的温度计测量体温,德国的科学家华伦海特在1708年前去拜访他的时候改进并且推广了这种温度计,至今为止很多国家的人仍旧在使用这种华氏度温度计。罗默最为人所熟知的成就无疑是他比较准确地测出了光的速度。

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温度计

在古希腊,亚里士多德等人认为光的速度是无限的,甚至开普勒、笛卡尔也都认为光的传播是不需要时间的。后来伽利略对这种观点产生了怀疑,他认为光的速度虽然很大,但绝不是无限的。于是他做了第一个测量光速的实验,在两座相隔1.5千米的山头上,两个人提着一盏灯。第一个人开灯并同时记下时间,第二个人看到亮光后打开自己的灯,然后当第一个人看到第二个人的灯光后,再次记下时间,通过距离和时间的公式,能够计算出光的速度来。原理是没有问题的,问题是光速实在太快了,1.5千米的距离实在太短了,所以伽利略的实验失败了。但是他给予了人们一种测试光速的思路。罗默就是循着这个思路,将测量的范围放到太阳系中,于是他开始了尝试。

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伽利略测光速的方法

1675年,罗默发现历史上记载的关于木星第一卫星蚀的时间是变化的,而且是跟地球的运动方向和位置有关系。于是他断定,这个变化肯定是由于光在传播过程中是需要时间而引起的。于是,他一方面预言了卫星蚀迟后的时间,另一方面根据地球的直径大小,计算出光的速度为2.14×10^8m/s,这个数值跟现在准确的光速差了很多,但这并不是因为方法错误,而只是因为罗默对于光跨越地球的时间的错误推测。这是人类第一次在物理学上记录了光的速度值。现代用罗默的方法,通过各种校正后得到的光速值为2.98×10^8m/s,已经非常接近实验室测量出的光的速度值了。

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罗默测量光速的方法

罗默是历史上第一个用正确的方法测量出光速近似值的人,现在光速作为一个物理常数,它的重要意义愈来愈被人们所公认,我们不应当忘记罗默的贡献。

1710年,罗默在哥本哈根去世,享年65岁。他被安葬在哥本哈根大教堂中,这个大教堂后来在哥本哈根战役中被摧毁了,战后又得到了重建,现在是一个现代化的纪念馆。

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哥本哈根大教堂


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