光速每秒30万公里,怎样才能测量光速?

光速并非刚好每秒30万公里,而是299792.458±0.001km/s。

这是1975年,第十五届国际计量大会的决议,也是目前真空光速的最可靠值,对于光速的计算,人类从1676年便开始了尝试。

直到1790年,出现了激光测定装置,可以通过波长和频率测定光速,比之前的测量方式精确了100倍,这才正式确定了光速。

光速每秒30万公里,怎样才能测量光速?

1676年,木星卫星蚀计算光速

在1676年,丹麦天文学家罗默在观察木星卫星蚀时,发现相同的卫星蚀现象在不同的情况下,时长会有所变化:

当地球远离木星运动时,卫星蚀的时长会延长;当地球靠近木星运动时,卫星蚀的时长会缩短。

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罗默发现这种异常后,提出了“光速是有限度的”假设:当地球远离木星运动时,光需要追上地球,从而观测时间会比实际时间长一些。

罗默利用地球的半径,以及地球运动轨迹,计算了光速的大致速度。可惜当时天文知识匮乏,对于地球半径以及轨道的精确度不够,罗默计算的光速为:214300km/s,与现在的标准值差距很大。

光速每秒30万公里,怎样才能测量光速?

罗默虽然没有算出接近的速度,但是不可否认,罗默找到了非常好的“参照物”。这也是人类第一次测量出来的光速。

后来人们对于地球半径以及轨道的准确度提高后,重现罗默的计算方式,得出光速为:299840±60km/s,十分接近真实光速值。

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1728年,恒星视觉位置计算光速

1728年,英国天文学家莱德雷发现恒星的视觉位置,并非固定不变,从视觉上看,恒星呈现椭圆运动。

莱德雷认为,恒星的视觉位置出现弧形移动,是因为恒星的光,照射到地球表面需要时间,而在这段时间里,地球已经因为公转和自转产生了位移,从而让恒星的视觉位置出现了弧形变化。

光速每秒30万公里,怎样才能测量光速?

通过长期的观测计算,莱德雷计算光速为:299930km/s,此时的测量值相对比较精确,与现在通用的光速数值也比较接近。

在当时机械设备不发达的时候,人们测量光速,往往都是利用天文现象计算,需要长期的观测记录,误差也比较大。

直到1849年,人们才开始转向机械测量光速。

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1849年,旋转齿轮计算光速

1849年斐索制作了齿轮测量光速的方法,在装置中,从S发出光源,通过透镜聚焦,经过反射镜M1,反射到透镜L1变成平行光,再通过L2聚焦到左侧反射镜M2。M2将光线反射回去,通过E点观察反射回来的光线。

在反射光的过程中,齿轮W会高速旋转。齿轮的缝隙不遮光,齿会遮光,光线速度一定,往返时间也是固定。齿轮转速不断加快,当齿轮旋转,E点第一次看不到光时,说明齿轮缝隙被齿代替。

光速每秒30万公里,怎样才能测量光速?

斐索的实验中,当720齿的齿轮,每秒转动12.67次,光首次无法被观测,从而计算得出光速为:315300km/s,这个测量结果大于现在的测量数据。

齿轮旋转法测量,受到空气折射、反射等因素影响,并且光在穿过透镜时,速度也会受到影响,因此干扰因素很多,测量数据也不是很准确。

但这是人类第一次离开天文测量,通过机械测量光速。

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1926年之前,各种光速测量装置开始出现

受到旋转齿轮法计算光速的启发,旋转镜面、旋转棱镜等多种测量方法开始出现。

通过多种机械方法的测量,人们开始意识到,光速在不同介质中,传播速度也有所不同,这也加速了人们对光本质的理解。

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当人们发现光是一种波时,激光测速等精确测量方式也开始出现。

1790年,激光测速法

1790年,美国物理实验室,同时测定激光的波长和频率,从而计算光速(c=vλ)。

这种测量方式非常精准,是以往实验精准度的100倍以上,这类精准测量法,统一被列为光速测量一览表中。

光速每秒30万公里,怎样才能测量光速?

随着精确光速测量方法越来越多,光速的数值也开始越来越确定。

根据不同方法测量光速得到的“光速测量一览表”,让大家对光速有了越来越具体的认识。

在1975年,第十五届国际剂量大会中,决议将光速定为:299792.458±0.001km/s,但这并不是唯一正确的值。

在光速测量一览表中,可以根据需要,选择自己喜欢的光速~

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