【科學科普】如果以光速前進,1.3秒就可到月球,光速這麼快的速度是怎麼測出來的?

天空之城 2020/12/30 檢舉 我要評論

@哇!真的第一次見哎 知識不會,只是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂 科學 科普】系列,帶你探索宇宙萬象

文/天空之城

光速高達每秒鐘299792458米,如果以光速前進,那麼我們只需大約1.3秒就可到月球。相信大家在對光的速度表示驚歎的同時,也會感到好奇,這麼快的速度是怎麼測出來的?下面我們就來聊一下這個話題。

伽利略的實驗

幾百年以前,有不少人都認為光的速度是無限的,無論是多遠的距離,光都可以瞬間到達。然而對於物理學家而言,這種觀點是很難讓人接受的,所以在1638年,物理學家伽利略就設計了一個實驗。

根據他的設想,實驗人員甲和乙一人一盞配有遮光板的燈,分別站在兩座山的山頂(彼此能夠看到),一切準備就緒之後,甲打開遮光板,同時記錄時間,而乙在看到燈光之後,也馬上打開遮光板,同時記錄好時間,當甲看到乙的燈光之後,再次記錄時間。

伽利略認為,這一套操作下來,就可以知道光的傳播距離和傳播時間,然後就可以通過「速度等於距離除以時間」這個簡單的公式,輕鬆地計算出光速。

雖然這個實驗簡潔明瞭,但是因為伽利略低估了光的速度,同時又高估了人類的反應時間,所以人們根本無法在實驗中測出光在山頂之間的傳播時間,也就無法測出光速了。

「木衛一」的啟示

「木衛一」是木星的眾多衛星之一,由於它的運行軌道與木星圍繞太陽運行的軌道平面很接近,因此我們在地球上就可以觀察到,在圍繞木星公轉的過程中,當它「躲」進木星的陰影時就會「突然消失」,而當它從木星的陰影中「走」出來時,又會突然出現。

這種現象被稱為「木衛一蝕」,1676年,天文學者奧勒·羅默發現,當地球與木星的距離逐漸拉長的時候,「木衛一」 從木星的陰影中「走」出來的時間就會越來越晚,而當地球與木星的距離逐漸縮短時,情況卻正好相反。

奧勒·羅默認為,「木衛一」的公轉週期是固定的(約為42.5小時),如果光速是無限的話,那麼就不可能出現這種現象,而之所以會這樣,只能是因為光速是有限的,距離越長,光到達地球所需要的時間就越多,反之亦然。

奧勒·羅默的觀點得到了很多科學家的認同,天文學家克利斯蒂安·惠更斯還根據當時的天文觀測資料估算出了光的速度約為每秒鐘22萬公里。

儘管這與光速的實際值有相當大的偏差,但這也清楚地說明了兩件事:1、光的速度是有限的;2、光的速度快得異乎尋常。於是科學家們就開始思考,如何用一種巧妙的方法來精確地測出光速。

阿曼德·斐索的旋轉齒輪

如圖所示,一個齒輪被放在了光源和鏡子之間,當齒輪不動的時候,從光源發出的光從齒輪的縫隙中穿過,在經過鏡子反射之後,又會穿過同一個縫隙被觀測者觀察到。

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