光速那麼快是怎樣測量出來的?是用尺子量出來的嗎?科學家告訴你

Funny趣發現訊

真空中的光速大約是299792公里每秒,很平常的數字,幾乎每個人都知道。

當然,這裡的真空並不是指的是宇宙空間,而是真正的不存在任何物質的空間,而看似空空的宇宙空間往往包含了許多的物質。光速如此之快,超過了世間一切的物質運動速度,如果你能以光速運動,你能在1秒內環繞地球7.5圈,但是你想過沒,光速那麼快,到底是怎樣測量出來的?

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早期的科學家,由於條件簡陋,對科學的認知不足,認為光是瞬間到達的,不消耗時間,但是隨著時間的推移,科學家們對於光的瞭解越來越詳細,他們知道了光是一種波動粒子,而且對於光速有了越來越精確的測量,由於愛因斯坦等人的傑出貢獻,人們還知道光速是理論上速度的極限——c,被認為是任何有質量的物體都無法達到的。

其實對於光速的測量歷史也是人類科學發展的歷史縮影,已知的第一篇關於光速的論述來自於古希臘哲學家亞里士多德,他與另一位希臘科學家恩培多克勒斯對於光消不消耗時間起了爭執。

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恩培多克勒斯認為:因為光在移動,所以它必須消耗時間去旅行,亞里斯多德則相信光能瞬間傳播,不同意恩培多克勒斯的說法,當然,兩人並沒有對光速做一些簡單的實驗,僅僅是在口頭論述。

真正的轉折點來自於近代物理學之父——伽利略,作為開創和進行科學方法實驗的先驅,在1667年,伽利略曾對光速產生強大的好奇心,並進行過光速的測量實驗,他讓自己和助手站在相距1.5公里的山上,每個人手持一盞燈籠。

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伽利略先打開燈,當助手看到他的燈光時,立刻打開自己的燈,從伽利略打開燈到他看到助手那盞燈的燈光,這個間隔就是光傳播了3km的時間,由此可以測出光速的距離,但最終這個實驗最終失敗了,因為光速太快了,而1.5公里太短了,時間上測量不出差異。

對於光速的真正逼近是在18世紀,那時人們已經知道光速太快了,簡陋的實驗條件依靠地球很難計算出來,只能藉助於宇宙空間,於是丹麥天文學家奧爾·羅摩依靠木星的衛星——木衛二的月食作為天文表,用了幾個月的時間觀察木衛二的運動軌跡。

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他斷定光從木衛二到地球需要時間,並且最後計算得出結論:光從太陽到達地球需要需要10到11分鐘,當然,真正的時間是8分29秒,不過,這個精度相對來說已經很高了,計算結果大約為20萬公里每秒。

1728年,英國物理學家詹姆斯·布拉德利(James Bradley)根據地球圍繞太陽公轉時恆星表觀位置的變化進行了計算。他將光速設定為301000公里/秒,精確到1%以內。

當然,因為科學的進步,實驗條件也越來越好,人們逐漸將目光投向了實驗室裡。

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1851年,法國物理學家阿曼德·霍普利特·路易斯·費索在一個快速旋轉的齒輪上安裝了一束光,並在5英里外安裝了一面鏡子,把它反射回原處。通過改變輪子的速度,菲佐可以計算出光從齒輪縫隙裡出來,到達相鄰的鏡面,然後穿過縫隙回來需要多長時間。

另一位法國物理學家利昂·福柯(Leon Foucault)則使用的是旋轉的鏡子,這兩種獨立的方法每一種所得到的速度與光速的誤差不到1600公里每秒,非常精確。

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出生於普魯士的阿爾伯特·邁克爾遜在1879年試圖複製福柯的方法,但使用了更遠 的距離,以及非常高質量的鏡子和鏡片。他的測量結果是每秒186,355英里(299,910公里/秒),被認為是40年來最精確的光速測量方法。

當然了,現代物理上測量光速的方法可就多了,而且也更精確,比如微波諧振腔法,激光測速法等等,已經將真空中的光速誤差降低到了1m/s左右,堪稱完美,根據1975年第十五屆國際計量大會的決議,現代真空中光速的最可靠值是:

c=299792.458±0.001km/s

真是神奇,這就是科學的美麗(魅力)


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