人类是怎么测出光速的每秒多少 探究人类是怎么测出光速的的奥秘？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2023-10-18 13:35 标签： 人类是怎么测出光速的
为什么光速是299792458米每秒而不取整3亿米每秒？现在我们知道，光速是一个基本的物理常量，它的数值为299792458米每秒(不过平时都近似取3亿米每秒)。但是在17世纪前，天文学家和物理学家都认为光速是无限大的，因为宇宙中恒星的光都是瞬时到达地球的。首先对此提出质疑的就是意大利物理学家伽利略，他认为光速不可能是无限大的。为了证明这一点，1607年伽利略做了一个粗糙的实验，为什么说粗糙呢？咱们来看看就知道了。因为要证明光速不是无限大的，那么就代表光速有一个值，那么测量出这个值就可以了。于是他尝试量灯光在空气中的传播速度，实验是这样的：在夜晚让A 、B 两个人分别站在一起和相隔一英里，其中A 点亮手中的灯，B 则记录收到灯光的时间，如果AB 站在一起和相距一英里所测得的时间有时间差，那么就能证明光是有速度的。但是，这样的实验毫无意义，因为光速实在太大了，用肉眼去测量时间简直太荒谬！尽管伽利略的实验失败了，但是后世还有更多的人去测量光速。后面会详细讲到。光速不变原理所谓光速不变性原理，就是真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。 也就是说无论在何种惯性系中观察，光在真空中的传播速度都是一个常数，它不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变，并且这个数值是299792458 米/秒。1905年，爱因斯坦提出了著名的狭义相对论。在这个全新的理论中，宇宙中的一切物体的运动速度被规定都不能超过光速。这好像与过去人们的常识大不相同，但又被科学家早早的发现了端倪。在麦克斯韦用麦克斯韦方程统一了电磁学后，人们就发现，光速在任何参考系中似乎都应该是一个常数，并且和观察者的速度都无关。当时的人们更愿意，认为是麦克斯韦方程组出了问题，因为这太违反常识了。除此之外，1887年，两位实验物理学家迈克尔逊和莫雷在通过迈克尔逊干涉仪来测出光速相对于地球公转速度的变化时，也得出结论，不管地球的公转速度怎么改变，但在地球上测到的光速却是时时刻刻都是一样的。这也就意味着光速真的跟地球参考系的公转速度没有任何关系。既然如此，那么为什么光速会不变呢？其实到目前为止，我们无法说出光速不变有什么更深层次的物理上的原因，至少以现在的物理学做不到这一点。历史上说，光速不变是调和光速有限的事实和相对性原理的结果，可以说调和这两个事实的需要是光速不变的原因。但狭义相对论中却把光速不变作为一个假设，交给实验去验证，因此从形式逻辑上说，光速不变只是原因而不是结果。至于光速不变是怎么证明的，我就不多说了，感兴趣的朋友可以去百度。为什么物体的速度不能超过光速？根据常识，我们还知道光速是宇宙中最快的速度，没有什么东西可以超过光速，这又是为什么呢？在牛顿力学中，质量是物体最基本的属性，它不会随意改变。但在相对论中就不同了，因为这时质量是会变化的，它会随着物体速度的增加而增加，也就是说当物体的速度越来越大的时候，物体的质量就也会越来越大，最终给物体加速所需要的力就越大。其中 u 表示物体的速度， m0 表示物体的静止质量， c 代表光速。从公式中，可以看到当物体的速度接近光速的时候，右边式子的分母会趋向于0，所以整个值会趋向于无穷大。也就是说当物体的速度逼近光速的时候，这个物体的质量会慢慢增加到无限大，这时候如果你还想给物体加速，所需要的力或者说能量将会变成无穷大，这显然是不可能的。到底是怎么测量光速的？虽然伽利略所做的实验失败了，但他对天体的观测，尤其是对木星的卫星的观测给后世的研究者研究光速问题提供了极大的启发，而同时，意大利人卡西尼也开始对木星系进行长期的研究，除此之外还有出生于丹麦的年轻天文学家罗默，在后者和让·皮卡特一起观察了木卫食的时候，他们注意到，这些卫星在它们的轨道上运转的时间在一年的各个时期不都是相同的，并且当木星的视大小变小时，这运转的时间大于平均值。但实际的运动中这种不均等性是极少发生的，罗默确信观察到的不规则性是光速有限的一个证据。罗默观测到木卫一在接近的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分钟行走木卫一与地球之间增加的距离。这意味着地球经历了80个木卫一轨道周期（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9300倍，与现在的数值10100倍比较，相差较小。但是因为这种观测是很困难的，所以后来被其他的方法取代。1849年，法国物理学家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，法国实验物理学家傅科则根据阿拉戈的设想用旋转镜法测得光速为c=298000±500千米/秒。这时候测量的误差依然是非常大的。1926年，美国物理学家迈克耳孙改进了傅科的实验，测得c=299796±4千米/秒，三年后他在真空中又重做了一次这个实验，得出c=299774千米/秒。时间来到1952年，英国实验物理学家费罗姆用微波干涉仪的方法测得光速c=299792.50±0.10千米/秒。并且此值于1957年被推荐为国际推荐值使用，直到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。随后国际计量大会也重新定义了光速为299792458米每秒。

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