服务粉丝

我们一直在努力
当前位置:首页 > 科技 >

光速那么快,究竟是怎么测出来的?|科学小馆儿

日期: 来源:中国科学技术馆收集编辑:中国科学技术馆

真空中的光速可以说是自然界里物体运动的最大速度了。目前科学界公认的光的速度是299792.458 km/s,也就是在一秒的时间里,光可以跑299792.458千米那么远,约等于绕地球赤道7.48圈。

既然光“跑”得这么快,那科学家们又是怎么得到如此精确的数字的呢?光速究竟是怎么测出来的呢?

伽利略——意识到光有速度第一人

17世纪以前,人们一直以为光的速度是无限的,开普勒和笛卡尔都对此深信不疑。但伽利略却提出了不同的观点,他认为,光的速度虽然很快,但仍是有限的,并且是可以测量出来的。


为了证实自己的猜想,1607年,伽利略设计了世界上第一个测量光速的实验。他让A、B两个人分别站在相距1.5千米的两座山的山顶,想利用两个山头看到灯光的时间差来测算光速。但由于间隔的时间太短了,根本无法精确测出。最终,伽利略的实验以失败告终,但他却开启了人类测量光速的真理之门。

罗默——天文法测量第一人

木星的公转周期为12年,每当木星的卫星绕木星一周,就会在进入木星影子处发生一次“蚀”。这类似于月蚀,当木星运行到卫星和太阳中间时,木星的“卫星蚀”就会发生。


但事实上,人们看到卫星蚀的时间是不断发生变化。这显然说明,地球和木星的位置在不断变化,地球和木星的距离也不是一个定值,不仅如此,这种现象的出现还与光的速度有关。

1676年,丹麦天文学家罗默对木星的这颗卫星进行了长期的观测。他发现,实际看到卫星蚀的时间都比推算的时间要晚了十几分钟。他认为,这是因为地球与木星的距离在逐渐增大,所以光传到地球的时间也相应延长了。因此,罗默推断,光的速度是有限的。他还算出,光走过与地球轨道半径等长的距离所需的时间为11分钟。

罗默

来源:网络

罗默预言,原本应在1676年11月9日上午5时25分45秒发生的木卫蚀将推迟10分钟。最终的观测结果证实了罗默的猜想。而后,又经过多番验证和矫正,著名科学家惠更斯利用罗默的理论,计算出了科学史上的第一个光速值:214000km/s。

斐索——地面实验的探索者

第一个在地面上测出光速的人是法国物理学家斐索。他设计了一个巧妙的装置——旋转齿轮,以此来测定光的速度。


旋转齿轮

“旋转齿轮”由一个齿轮、一面镜子和一面半透明镜组成。光源发出后,会经半透明镜反射到镜子上,而镜子又会再将光反射进观测者的眼睛中。这中间,有一个齿轮,当它开始旋转时,就会将反射到人眼中的光切割成一段一段,人们因此会看到闪光。通过齿轮的转速和光的路程,就可以计算出每次闪光的速度。这种方法虽然存在不足,但却是光速测量史上的开创之举,为后来的测量工作奠定了基础。

迈克尔逊——光速测量的集大成者

迈克尔逊从1879年开始就在从事光速的测量研究,直至1926年,持续了大约50年。他总结了前人的不足,设计出“旋转八面棱镜法”来测量光速。

旋转八面棱镜法

在“旋转八面棱镜法”中,迈克尔逊用一个正八面钢制棱镜代替了旋转镜法中的旋转平面镜,从而延长了光的路线;用精确测定的棱镜转速代替了齿轮法中的齿轮转速,从而减小了时间测量的误差。在这个实验中,迈克尔逊计算出光的速度是299796km/s,这在当时被认为是最精确的记录,而迈克尔逊也因此成为了1907年诺贝尔物理学奖的获得者。

迈克尔逊

来源:网络

光速测量新时期

自从迈克尔逊之后,光速长达250多年的测量探索暂时告一段落。直至1929年,对光速的测量进入了一个崭新的阶段。新的实验技术和实验方法层出不穷,光速也越来越精密,最终成为物理学界的一个定义值。

➡1937年和1941年,美国的安德生先后两次测量光速,最后利用克尔效应测出光速为299776km/s。

➡1949年,阿斯拉克逊用雷达测量电磁波的速度,其结果为299792km/s。

➡1952年,英国实验物理学家弗罗姆用微波干涉仪测量光速,具有极高的精密度。用这种方法测得的光速为299792km/s。

➡1960年,激光应运而生。

➡1972年,美国标准局埃文森等人用测量激光频率和真空中光的波长的方法,测得光速为299792.458 km/s。而这一数值也最终在1973年召开的第五届米定义咨询委员会和1975年召开的第十五届国际计量大会被作为国际推荐值使用。

光速经历了300多年的测量之旅,终于有了定论。在探究过程中,科学家将理论与实践、计算与测量完美结合,最终获得了精准的光速数值。

光速的确定,不仅影响了单位“米”的定义,更是对进一步的研究提供了帮助。像光速、“米”这样的标准单位看似平淡无奇,但它们却见证了人类文明的进步。科学无所限,人类探索世界的旅程,才刚刚开始。


相关阅读

  • 2023年度试验测量技能大赛圆满举行

  • 9月23日,公司2023年试验测量技能大赛,在郑洛高速项目成功举办,搭建技能成才舞台,展现专业技术风采。 本次大赛由公司科技质量部、工会工作部主办,检测科技公司承办,山东
  • 中国企业论坛科学家讲坛热议质量强国建设

  • 构建国家现代先进测量体系,是突破科学前沿、解决经济发展重大问题的技术基础,是国家竞争力的重要标志,更是国家战略科技力量的关键支撑。9月23日下午,在第六届中国企业论坛科学
  • 如何测量恒星的年龄?它或许没你想象中年轻

  • 恒星,那些在宇宙中闪烁的光点,是宇宙中的巨大能量源,但巨大能量并不意味着永恒。恒星有着自己的寿命,它的年龄成为了宇宙中一个备受研究的重要课题,因为它不仅关乎着恒星本身的
  • 大型海道测量船“海巡08”轮今日列编

  •   今天(21日),交通运输部海事局大型海道测量船“海巡08”轮,在上海正式列编交通运输部东海航海保障中心。这标志着海事系统目前规模最大、装备最先进、综合能力最强的大型专业
  • 什么?我们可以光速旅行?这简直难以置信

  • 光速是宇宙中最快的速度,也是人类研究外太空的关键。光速下,时间仿佛静止,这种独特的现象一直是科学家们探究的重点。虽然只有像光子这样的无质量粒子能够以光速航行,但是人类已
  • 太空中的8000摄氏度,一颗比太阳还热的星球

  • 提起宇宙中炽热的天体,我们都会想到太阳之外的恒星。但那些未能变成恒星的天体,就一定更平静吗?或许给出答案前我们还需思考。科学家们最近发现的天体WD 0032-317B,其表面升到
  • 巴东县自然资源和规划局“多测合一”惠民利民

  • “一次委托任务、一次现场测量、一次提交成果,原来需要多次委托、测量、收费的事项,现在一次性就完成了,真是省力、省时、省成本,为这项改革点赞。”9月4日,在巴东县不动产登记中
  • 深耕基层,做好居民“服务员”

  • 新黄河记者:谢苗苗 仅一年的时间,济南市历下区趵突泉街道办事处党工委副书记、办事处主任商黎,就从基层工作的“生手”成长为“熟手”。有作为敢担当的领头雁2004年,商黎大学毕

热门文章

  • 解码“新IT”的5个特征和3大价值

  • 党的二十大报告提出,要加快发展数字经济,促进数字经济和实体经济深度融合,打造具有国际竞争力的数字产业集群。在数字经济与实体经济深度融合的产业浪潮中,以智能设备、边缘计算
  • OPPO k1的低价高配真实么?网友:不看不知道

  • 近日OPPO一款新机OPPO k1,摒弃了高价低配,就连自家老大哥r17都要怼一下。更是放弃了请代言人,以往的OPPO手机还没出来,各路流量小生,花样美男的代言就先来了。还有线下销售人员的
  • 一招教你手机无限制成为一台新设备

  • 大家平时用手机去注册app,肯定会遇到检测设备异常,交易关闭,等问题 这个都是手机已经不止1-2次注册过此app,不断更换手机仅是一个暂时的方法,却不是长久之计,手机总归会用完
  • 从零开始如何开网店

  • 随着互联网的高速发展,人们的生活发生了翻天覆地的变化,生活节奏越来越快,网购已经成为家家户户生活中离不开的一种购物方式了。网购的发展使得越来越多的人想要涉足电商事业,那

最新文章

  • 【美丽四川】翠云廊:古蜀道的时光见证者

  • 翠云廊:古蜀道的时光见证者古蜀道,承载了历史的洪流,矗立在这片土地上的千年古柏们成为了最真实的时光见证者。以剑阁古城为中心,由7778株行道古柏拉起的一条绿色长廊,便是被誉称
  • 沈阳棋盘山一日游攻略:探索东北之美

  • 沈阳是中国东北地区的一个重要城市,也是中国著名的旅游城市之一。如果你计划前往沈阳旅游,那么你一定会被问到一个问题:“沈阳棋盘山一日游应该怎么玩?”。在这篇文章中,我们将
  • 跳水运动员压水花的秘诀|科学小馆儿

  • 第19届亚运会正在浙江杭州如火如荼进行中,如今赛程已半,中国队包揽了跳水比赛项目全部十枚金牌,再次实现“十全十美”。胖科只记得他们入水基本没什么水花,而且腿伸的特别直,在空
  • 假日走基层丨杭州:看亚运 旅游更精彩

  • 金秋十月,丹桂飘香。杭州第19届亚运会正如火如荼进行中,恰逢中秋、国庆假期,市民、游客纷纷齐聚杭城,在满城桂香中感受浓厚的亚运氛围和喜庆的节日气氛。据杭州市文化广电旅游局