光速每秒30萬公里,怎樣才能測量光速?

光速並非剛好每秒30萬公里,而是299792.458±0.001km/s。

這是1975年,第十五屆國際計量大會的決議,也是目前真空光速的最可靠值,對於光速的計算,人類從1676年便開始了嘗試。

直到1790年,出現了激光測定裝置,可以通過波長和頻率測定光速,比之前的測量方式精確了100倍,這才正式確定了光速。

光速每秒30萬公里,怎樣才能測量光速?

1676年,木星衛星蝕計算光速

在1676年,丹麥天文學家羅默在觀察木星衛星蝕時,發現相同的衛星蝕現象在不同的情況下,時長會有所變化:

當地球遠離木星運動時,衛星蝕的時長會延長;當地球靠近木星運動時,衛星蝕的時長會縮短。

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羅默發現這種異常後,提出了“光速是有限度的”假設:當地球遠離木星運動時,光需要追上地球,從而觀測時間會比實際時間長一些。

羅默利用地球的半徑,以及地球運動軌跡,計算了光速的大致速度。可惜當時天文知識匱乏,對於地球半徑以及軌道的精確度不夠,羅默計算的光速為:214300km/s,與現在的標準值差距很大。

光速每秒30萬公里,怎樣才能測量光速?

羅默雖然沒有算出接近的速度,但是不可否認,羅默找到了非常好的“參照物”。這也是人類第一次測量出來的光速。

後來人們對於地球半徑以及軌道的準確度提高後,重現羅默的計算方式,得出光速為:299840±60km/s,十分接近真實光速值。

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1728年,恆星視覺位置計算光速

1728年,英國天文學家萊德雷發現恆星的視覺位置,並非固定不變,從視覺上看,恆星呈現橢圓運動。

萊德雷認為,恆星的視覺位置出現弧形移動,是因為恆星的光,照射到地球表面需要時間,而在這段時間裡,地球已經因為公轉和自轉產生了位移,從而讓恆星的視覺位置出現了弧形變化。

光速每秒30萬公里,怎樣才能測量光速?

通過長期的觀測計算,萊德雷計算光速為:299930km/s,此時的測量值相對比較精確,與現在通用的光速數值也比較接近。

在當時機械設備不發達的時候,人們測量光速,往往都是利用天文現象計算,需要長期的觀測記錄,誤差也比較大。

直到1849年,人們才開始轉向機械測量光速。

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1849年,旋轉齒輪計算光速

1849年斐索製作了齒輪測量光速的方法,在裝置中,從S發出光源,通過透鏡聚焦,經過反射鏡M1,反射到透鏡L1變成平行光,再通過L2聚焦到左側反射鏡M2。M2將光線反射回去,通過E點觀察反射回來的光線。

在反射光的過程中,齒輪W會高速旋轉。齒輪的縫隙不遮光,齒會遮光,光線速度一定,往返時間也是固定。齒輪轉速不斷加快,當齒輪旋轉,E點第一次看不到光時,說明齒輪縫隙被齒代替。

光速每秒30萬公里,怎樣才能測量光速?

斐索的實驗中,當720齒的齒輪,每秒轉動12.67次,光首次無法被觀測,從而計算得出光速為:315300km/s,這個測量結果大於現在的測量數據。

齒輪旋轉法測量,受到空氣折射、反射等因素影響,並且光在穿過透鏡時,速度也會受到影響,因此干擾因素很多,測量數據也不是很準確。

但這是人類第一次離開天文測量,通過機械測量光速。

光速每秒30萬公里,怎樣才能測量光速?

1926年之前,各種光速測量裝置開始出現

受到旋轉齒輪法計算光速的啟發,旋轉鏡面、旋轉稜鏡等多種測量方法開始出現。

通過多種機械方法的測量,人們開始意識到,光速在不同介質中,傳播速度也有所不同,這也加速了人們對光本質的理解。

光速每秒30萬公里,怎樣才能測量光速?

當人們發現光是一種波時,激光測速等精確測量方式也開始出現。

1790年,激光測速法

1790年,美國物理實驗室,同時測定激光的波長和頻率,從而計算光速(c=vλ)。

這種測量方式非常精準,是以往實驗精準度的100倍以上,這類精準測量法,統一被列為光速測量一覽表中。

光速每秒30萬公里,怎樣才能測量光速?

隨著精確光速測量方法越來越多,光速的數值也開始越來越確定。

根據不同方法測量光速得到的“光速測量一覽表”,讓大家對光速有了越來越具體的認識。

在1975年,第十五屆國際劑量大會中,決議將光速定為:299792.458±0.001km/s,但這並不是唯一正確的值。

在光速測量一覽表中,可以根據需要,選擇自己喜歡的光速~

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