光速那么快是怎样测量出来的?是用尺子量出来的吗?科学家告诉你

广告        2019-03-23   来源:娱文当下

Funny趣发现讯

真空中的光速大约是299792公里每秒,很平常的数字,几乎每个人都知道。

当然,这里的真空并不是指的是宇宙空间,而是真正的不存在任何物质的空间,而看似空空的宇宙空间往往包含了许多的物质。光速如此之快,超过了世间一切的物质运动速度,如果你能以光速运动,你能在1秒内环绕地球7.5圈,但是你想过没,光速那么快,到底是怎样测量出来的?

光速那么快是怎样测量出来的?是用尺子量出来的吗?科学家告诉你

早期的科学家,由于条件简陋,对科学的认知不足,认为光是瞬间到达的,不消耗时间,但是随着时间的推移,科学家们对于光的了解越来越详细,他们知道了光是一种波动粒子,而且对于光速有了越来越精确的测量,由于爱因斯坦等人的杰出贡献,人们还知道光速是理论上速度的极限——c,被认为是任何有质量的物体都无法达到的。

其实对于光速的测量历史也是人类科学发展的历史缩影,已知的第一篇关于光速的论述来自于古希腊哲学家亚里士多德,他与另一位希腊科学家恩培多克勒斯对于光消不消耗时间起了争执。

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恩培多克勒斯认为:因为光在移动,所以它必须消耗时间去旅行,亚里斯多德则相信光能瞬间传播,不同意恩培多克勒斯的说法,当然,两人并没有对光速做一些简单的实验,仅仅是在口头论述。

真正的转折点来自于近代物理学之父——伽利略,作为开创和进行科学方法实验的先驱,在1667年,伽利略曾对光速产生强大的好奇心,并进行过光速的测量实验,他让自己和助手站在相距1.5公里的山上,每个人手持一盏灯笼。

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伽利略先打开灯,当助手看到他的灯光时,立刻打开自己的灯,从伽利略打开灯到他看到助手那盏灯的灯光,这个间隔就是光传播了3km的时间,由此可以测出光速的距离,但最终这个实验最终失败了,因为光速太快了,而1.5公里太短了,时间上测量不出差异。

对于光速的真正逼近是在18世纪,那时人们已经知道光速太快了,简陋的实验条件依靠地球很难计算出来,只能借助于宇宙空间,于是丹麦天文学家奥尔·罗摩依靠木星的卫星——木卫二的月食作为天文表,用了几个月的时间观察木卫二的运动轨迹。

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他断定光从木卫二到地球需要时间,并且最后计算得出结论:光从太阳到达地球需要需要10到11分钟,当然,真正的时间是8分29秒,不过,这个精度相对来说已经很高了,计算结果大约为20万公里每秒。

1728年,英国物理学家詹姆斯·布拉德利(James Bradley)根据地球围绕太阳公转时恒星表观位置的变化进行了计算。他将光速设定为301000公里/秒,精确到1%以内。

当然,因为科学的进步,实验条件也越来越好,人们逐渐将目光投向了实验室里。

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1851年,法国物理学家阿曼德·霍普利特·路易斯·费索在一个快速旋转的齿轮上安装了一束光,并在5英里外安装了一面镜子,把它反射回原处。通过改变轮子的速度,菲佐可以计算出光从齿轮缝隙里出来,到达相邻的镜面,然后穿过缝隙回来需要多长时间。

另一位法国物理学家利昂·福柯(Leon Foucault)则使用的是旋转的镜子,这两种独立的方法每一种所得到的速度与光速的误差不到1600公里每秒,非常精确。

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出生于普鲁士的阿尔伯特·迈克尔逊在1879年试图复制福柯的方法,但使用了更远 的距离,以及非常高质量的镜子和镜片。他的测量结果是每秒186,355英里(299,910公里/秒),被认为是40年来最精确的光速测量方法。

当然了,现代物理上测量光速的方法可就多了,而且也更精确,比如微波谐振腔法,激光测速法等等,已经将真空中的光速误差降低到了1m/s左右,堪称完美,根据1975年第十五届国际计量大会的决议,现代真空中光速的最可靠值是:

c=299792.458±0.001km/s

真是神奇,这就是科学的美丽(魅力)