大家都知道,光的速度可以达到约3*10的8次方米每秒,这个数值的概念相当于光可以1秒绕7.5圈赤道。如此快的速度会让大家感到惊讶,但是不知道有没有人想过,如此快的速度,在早期科学技术并不发达的时代,科学家是怎样测出光速的呢?
历史上,人们对每一次对光的认识都是物理学上的飞跃。在最早的时候,有很多科学家认为光的速度是无限大的。后来一个叫罗默的丹麦天文学家发现光的传播速度是有限的。那么他是如何发现的呢?原来罗默在观察木星上的“日全食”或“月全食”时发现,每次观察到木星的一号卫星刚消失到出现时的时间间隔不一样。对此他的解释是:因为木卫一刚消失时传播到地球上需要一点时间,而在木卫消失的这段时间,地球的自转导致地球离木星更近,之后木卫一再出来时由于距离更近的缘故,光线传播到地球上的时间更短,晚发现失踪,早发现出现,导致了每次木卫一消失的时间不同。而且经过他的粗略计算,光的速度大约是2.25*10的8次方米每秒,当然这个数据有很大误差,但至少人们知道了光速是有限的。
后来有很多人用了各种实验方法测光速。直到1849年,法国物理学家阿曼德斐索想出了一个绝妙的方法测光速,也就是旋转齿轮法。他将光源通过齿轮的齿缝折射出去,而自己则在半透镜后观察。当齿轮开始转动并达到一定速度后,光从齿缝进入,而在通过反射镜返回时,原来的齿缝刚好转走,光线会照射在齿轮上,此时就观察不到光线。而当齿轮继续加速,反射的光线可以恰好通过下一个齿缝并被观察到。这样只需要知道齿轮的转速,齿数以及观察者到反射镜的距离,就能计算出光速了。最终他算出光速为3.15*10的8次方米每秒,这个很接近实际数值。
之后,迈克尔孙设计了八面镜实验测出光速为3*10的8次方米每秒,这个就更接近实际数值了。但是他想光在真空可以传播,它的传播速度是相对于哪个参考系呢?他把这个参考系命名为以太参考系,又设计很多实验想找出以太,最终失败。而以太寻找的失败又导致了相对论的诞生。所以光的每一次认识都是物理学的飞跃。
早期的光速是怎么测量出来的?