1607年伽利略最早做了測定光速的嘗試:讓兩個(gè)實(shí)驗(yàn)者在夜間每人各帶一盞遮蔽著的燈,站在相距約1.6km的兩個(gè)山頂上,第一個(gè)實(shí)驗(yàn)者先打開燈,同時(shí)記下開燈的時(shí)間,第二個(gè)實(shí)驗(yàn)者看到傳來的燈光后,立刻打開自己的燈,第一個(gè)實(shí)驗(yàn)者看到第二個(gè)實(shí)驗(yàn)者的燈光后,再立刻記下時(shí)間.然后根據(jù)記下的時(shí)間間隔和兩山頂間的距離計(jì)算出光的傳播速度.這種測量光速的方法,原理雖然正確,但是卻沒能測出光速,這是因?yàn)楣馑俸艽?在相距約1.6km的兩山頂間來回一次,所用的時(shí)間大約只有十萬分之一秒,這樣短的時(shí)間,比實(shí)驗(yàn)者的反應(yīng)時(shí)間短得多,即使有比較精密的計(jì)時(shí)儀器也測不出光速來,更不用說當(dāng)時(shí)的原始計(jì)時(shí)裝置了.
要測定光速,必須利用很大的距離,或者用精巧的方法準(zhǔn)確地測量出很短的時(shí)間間隔.伽利略以后的學(xué)者們正是沿著這兩個(gè)方向探求測定光速的方法的.
1676年丹麥天文學(xué)家羅默(1644~1710)用天文觀測的方法,發(fā)現(xiàn)光是以有限速度傳播的.利用羅默觀測到的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出光速的大?。@種方法就屬于利用大距離的方法.
為了在地面上不太長的距離內(nèi)測定光速,科學(xué)家們設(shè)計(jì)了各種巧妙的實(shí)驗(yàn)方法,以便準(zhǔn)確地測出很短的時(shí)間間隔.1849年法國物理學(xué)家斐索(1819~1896)首先在地面上測出了光速.以后又有許多科學(xué)家采用了更精確的方法測定光速.下面簡略地介紹美國物理學(xué)家邁克耳遜(1852~1931)的旋轉(zhuǎn)棱鏡法.
邁克耳遜選擇了兩個(gè)山峰,測出兩山峰間的距離,在第一個(gè)山峰上安裝一個(gè)強(qiáng)光源S和一個(gè)正八面棱鏡A(見下圖)光源S發(fā)出的光,經(jīng)過狹縫射到八面鏡A的面1上,反射后射到放置在另一個(gè)山峰上的凹鏡B上,又反射到平面鏡M上,經(jīng)過M反射后,再由B反射回第一個(gè)山峰.如果八面鏡靜止不動(dòng),反射回來的光就射到八面鏡的另一個(gè)面3上,經(jīng)面3反射后,通過望遠(yuǎn)鏡C進(jìn)入觀察者的眼中,看到光源S的像.
如果使八面鏡轉(zhuǎn)動(dòng),那么光反射回來時(shí),八面鏡的面3已經(jīng)偏離了原來的取向,經(jīng)面3反射后的光不再進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡中,觀察者就觀察不到光源S的像了.適當(dāng)調(diào)節(jié)八面鏡的轉(zhuǎn)速,使反射回來的光到達(dá)八面鏡時(shí),八面鏡恰好轉(zhuǎn)過 轉(zhuǎn),面2正好轉(zhuǎn)到面3原來的位置,經(jīng)面2反射后的光進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡中,就可以重新看到S的像.根據(jù)八面鏡轉(zhuǎn)過1/8轉(zhuǎn)所用的時(shí)間和兩山峰間的距離.就可以算出光在空氣里的速度.邁克耳遜經(jīng)過校正,得出光在真空中的傳播速度c=(299796±4)km/s.
光速是物理學(xué)中的一個(gè)基本常數(shù).科學(xué)家們一直努力更精確地測定光速.1970年以后,開始利用激光測量光速.激光測速法大大提高了測量的精確度.根據(jù)1975年第十五屆國際計(jì)量大會決議,真空中光速的最可靠值定為
c=(299792458±1) m/s
在簡單的計(jì)算中,可取3.0×108m/s.
下面的地址里有那個(gè)八面鏡法的圖圖
科學(xué)家是怎么算出光速的了?
科學(xué)家是怎么算出光速的了?
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