科学家最初是如何测出光速的具体数值的 科学家是怎么样测量计算光速的。

\u5929\u6587\u5b66\u5bb6\u6700\u521d\u662f\u5982\u4f55\u6d4b\u91cf\u5149\u901f\u7684

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1\uff0e\u7f57\u9ed8\u7684\u536b\u661f\u8680\u6cd5
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1676年,丹麦天文学家奥劳斯·罗默(1644~1710)利用木星卫星的星蚀时间变化证实光是以有限速度传播的。他利用木星的木卫一在木星在木星圆面上的投影作周期性变化的现象,第一次定量的估计出光速。艾欧的公转轨道可以用来计算时间,因为它会规律的进入木星的阴影中一段时间。罗默观测到当地球在最接近木星时,艾欧的公转周期是42.5小时,当地球远离木星时,艾欧从阴影中出现的时间会比预测的越来越晚,很明显的是因为木星与地球的距离增加,使得"信号"要花更多的时间传递。光要通过行星之间增加的距离,使得计时的信号在第一次和下一次之间因而延长了额外的时间。当地球向木星接近时,情形则正好相反。罗默观测到艾欧在接近的40 个轨道周期中周期比远离的40个轨道周期缩短了22分钟。以这些观测为基础,罗默认为在80个轨道周期中光线要多花费22分钟行走艾欧与地球之间增加的距离。这意味着地球经历了80个艾欧轨道周期(42.5小时)的时间,光线只要花22分钟。这对应于一个地球在轨道上绕着太阳运动和光速之间的一个比例。意味着光速是地球的轨道速度的9,300倍,与现 在的数值10,100倍比较,相差较小。但是因为这种观测是很困难的,因而日后被其他的方法所取代。

在当时,天文单位的估计数值是大约1亿4千万公里。克里斯蒂安·惠更斯结合了天文单位和罗默的时间估计,每分钟的光速是地球直径的1,000倍,他似乎误解了罗默22分钟的意思,以为是横越地球轨道所花费的时间。这相当于每秒220,000公里(136,000英里),比现在采用的数值低了26%,但仍比当时使用其他已知的物理方法测得的数值为佳。

即使如此,靠著这些观测,光速是有限的仍不能被大众满意的接受(著名的有吉恩·多米尼克·卡西尼),直到在詹姆斯·布雷德里(1728)的观测之后,光速是无限的想法才被扬弃。布雷德里推论若光速是有限的,则因为地球的轨道速度,会使抵达地球的星光有一个微小角度的偏折,这就是所谓的光行差,他的大小只有1/200度。布雷德里计算的光速为298,000公里/秒(185,000英里/秒),这与现 在的数值只有不到1%的差异。光行差的效应在19世纪已经被充分的研究,最著名的学者是瓦西里·雅可夫列维奇·斯特鲁维。

1849年,法国物理学家A.H.L.菲佐用旋转齿轮法首次在地面实验室中成功地进行了光速测量,最早的结果为c=315000千米/秒。1862年,法国实验物理学家J.-B.-L.傅科根据D.F.J.阿拉戈的设想用旋转镜法测得光速为c=(298000±500)千米/秒。19世纪中叶J.C.麦克斯韦建立了电磁场理论,他根据电磁波动方程曾指出,电磁波在真空中的传播速度等于静电单位电量与电磁单位电量的比值,只要在实验上分别用这两种单位测量同一电量(或电流),就可算出电磁波的波速。1856年,R.科尔劳施和W.韦伯完成了有关测量,麦克斯韦根据他们的数据计算出电磁波在真空中的波速值为3.1074×10^5千米/秒,此值与菲佐的结果十分接近,这对人们确认光是电磁波起过很大作用。

1926年,美国物理学家A.A.迈克耳孙改进了傅科的实验,测得c=(299796±4)千米/秒,他于1929年在真空中重做了此实验,测得c=299774千米/秒。后来有人用光开关(克尔盒)代替齿轮转动以改进菲佐的实验,其精度比旋转镜法提高了两个数量级。1952年,英国实验物理学家K.D.费罗姆用微波干涉仪法测量光速得c=(299792.50±0.10)千米/秒。此值于1957年被推荐为国际推荐值使用,直至1973年。

1972年,美国的K.M.埃文森等人直接测量激光频率ν和真空中的波长λ,按公式

算得c=(299792458±1.2)米/秒。1975年第15届国际计量大会确认上述光速值作为国际推荐值使用。1983年17届国际计量大会通过了米的新定义,在这定义中光速c=299792458米/秒为规定值,而长度单位米由这个规定值定义。既然真空中的光速已成为定义值,以后就不需对光速进行任何测量了。



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