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如何测量光?
发布时间:2025-06-08
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19世纪法国科学家阿曼德·斐索(Armand Fizeau)摒弃了利用天文学的测量方式来测量光速的方法,他试图尝试在实验室环境中来测光速。斐索利用一系列反光镜,一个旋转的实体镜(一个周边带小凹槽的轮子)和一个光源测出更加精确的光速。通过计算旋转实体镜的时间和镜子之间的距离,菲索计算出了光的速度为3.13x108米/秒。

这个数字与惠更斯以前测得的结果接近。直到后来,莱昂·傅科(Jean Foucault)和美国科学家阿尔伯特·迈克尔逊(Albert Michelson)再一次定义了光速值。迈克尔逊的实验包括一个光源,一面旋转的镜子和一个平面镜。

这两面镜子分别置于加利弗吉尼亚州的圣安东尼奥山和威尔逊山之上,两山相距35千米(这个实验与菲索的实验非常相似,但要比斐索的实验精确一些)。通过测量旋转镜子的转速和两面镜子的间距,迈克尔逊得出了当时最精确的数据。

凭借这一成就获得了1907年的诺贝尔物理学奖,他是第一个在物理领域获得诺贝尔奖的美国人。获奖之后,迈克尔逊仍然继续致力于测量更加精准的光速。1926年,他测得的结果为2.997996x108米/秒。这个数据已经非常接近我们今天公认的数值了。测量光速使用了哪些工具?20世纪60年代,激光的出现为物理学家们测量光速提供了新的工具。

20世纪80年代初,国际度量衡委员会标明光速由字母“C”来表示,在真空中其值为299792458米/秒。光的传播速度具有非常重要的意义,因为如今它被全世界用来作为测量距离的标准单位。比如,国际上公认的1米的长度是光在真空中每秒传播1/299 792 458米的距离。为了测量光的传播速度使用了什么样的天文测量法?人们在17世纪末使用了几种天文测量和观测方法。

提出光的本质是波的理论的物理学家克里斯丁·惠更斯,利用丹麦天文学家奥罗斯·罗默(Olaus Roemer)的天文观测法测出了光的传播速度。罗默发现爱奥星(木星的卫星)在绕木星运转所用的时间存在矛盾之处。有时,爱奥星看上去运转得非常快,而有时运转的时间要比最快的时间长20分钟。

惠更斯在研究了木星和爱奥星之间的关系相对于地球的位置之后,得出了结论:他认为并非爱奥星的运转速度发生了改变,而是地球与爱奥星之间的距离在发生变化。距离地球较远时,从爱奥星反射出的光到达地球要花更久的时间。通过利用罗默天文观测法,惠更斯计算出的光速为$2 . 2 \times 1 0 ^ { 8 }$米/秒。