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1 # 土焚雪
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2 # 瀚海顧
光束透過三稜鏡產生分光。
說明了光不但有速度,而且各種不同波長(顏色)的光在同一介質光速不同。
注意,這裡引入了一個波長概念:光其實是一種電磁波。
現在測量光速,可以用頻率和波長搞定。
歷史上,大把科學家搞了好長時間。讀一下書,都有記錄。
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3 # 北風中的石頭
從樸素的認知角度來看,很多現象都表明光的傳播有速度,而且極快。
下雨時“電閃雷鳴”是大自然中很常見很震撼的現象。遠處咔嚓一聲,打了一個雷。聲音震耳,但人們先看到閃光。說明光的速度比聲音快得多!還有你照鏡子,鏡子裡的你完全同步,你做什麼,鏡中的你也做什麼。你的動作再快,也不能領先於鏡中的自己。
所以人們認識到光的傳播是極快的。但它的速度是不是無窮大呢?有些科學家認為光的速度是無窮大,有的則認為光的傳播速度也是有限的。於是有科學家開始測量光速。兩個人站在兩個山頭上,一方用手電筒照向對方,另一方看到亮光馬上開啟手電反昭回,第一個人趕緊用手錶記錄光來回的時間,然後用兩個山頭之間的距離一起計算出光速來。我們現在知道,這樣測出的並不是光速,而是人的反應速度而已。
真正首次測出光速在天文觀測中首次做到的。17世紀,天文學家發現木星的衛星遮擋木星(衛星蝕)的時間不同,木星與地球相向運動時時間短而相背運動時則長一些。科學家認為這時光速有限造成的,並據此計算出光速大約為21.5萬公里每秒。這與現代認為的30萬公里每秒的速度算是很接近了!
現代測量光速比較準確的方法是齒輪法。利用齒輪的高速轉動和鏡面反射來測量。大體原理參加下圖:
光速在現代物理學、天文學和宇宙研究中起著很大的作用。光速甚至在度量衡中也竟然有著重要意義。度量衡就是確定長度單位米、質量單位千克、時間單位秒等等之類定義的。關於米的定義,科學家早期把赤道到北極點之間距離的千萬分之一定義為一米。這個定義不大容易複用,誤差也難以控制。現代則把光在299792458分之一秒內走過的距離定義為一米。這個定義基於兩個事實,一是科學家認為測量的光速很準確了,二是認為時間測量也很準確了。
按照長度米的定義,反推出光速是一個零誤差的準確值,也就是299792458米/秒。這在物理學常數中幾乎是絕無僅有的,因為絕大部分物理常數都有一個誤差範圍,而光速是絕對準確的!
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4 # 經常用了
光速不變是根據邁克爾孫-莫雷兩人試圖測量地球相對於以太的絕對速度的實驗中總結出來的。該實驗包括以後測定光速的實驗都明確了光速的內涵是c=頻率x波長。不是單位時間內光走的距離(即光速不是向量)。所有測定光速的實驗的光速都是相對於光源(參照系)的光速,不是任意參照系的光速。因此,在引力場空間和介質空間光速與歐氏空間有相同的讀數,都是每秒約三十萬公里。這是因為光速和米的長度是迴圈定義,光速始終是米的長度的若干倍。波長變長或變短,米與光速的長度也相應變化。
19世紀後期,麥克斯韋建立了著名的麥克斯韋方程組,將電場和磁場統一起來,認為電和磁是同一種東西“電磁波”的兩種不同表現,並推匯出電磁波在真空中的速度,且這個速度只與真空介電常數和真空磁導率有關,在真空中電磁波的速度是一個常數。
後來的實驗測得光的速度和電磁波速度高度吻合,於是物理學家便有了一個大膽的想法:光其實是電磁波的一種。但是,光或者電磁波在真空中的速度是以什麼為參照系呢?物理學界提出一種假想,真空中存在一種介質“以太”,那麼光速就是以“以太”作為參照系的速度。
愛因斯坦認為,光也是宇宙中非常基本的核心要素,也可能具有這樣的相對性,於是他試著推導如果接受光在任何慣性系中都無法測出光速差異會是什麼結果呢?結果他推出了相對論,也就是承認了光速在任何慣性系你都測不出差異,就不得不承認時間相對於不同的參考系變化了,雖然很難直觀接受,但可能真是這樣。同時他還有一個推導,為什麼光速在所有參考系測量都是個光速呢?光的本質是磁生電,電又生磁,類似於擊鼓傳花,這個速度是和光源靜動無關的,因為空間本身沒有速度,所以光速只有它本身的速度,不會存在速度加成。
又因為空間本身就是慣性系,它對任何保持勻速的慣性系都不應該有相對速度,因為如有相對速度會推匯出絕對靜止,而沒有任何慣性系是可以作為絕對靜止的存在(這相當於找到了座標軸的原點,這是現實宇宙是不可能的,沒有哪個慣性系可作為原點),所以光速對任何慣性系都不應有速度變化,除非空間本身有問題。至於測量就是有個經典的測以太的實驗了,以太沒測出來,結果測出來了宇宙各個方向光速恆定,證實了光速不變。
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5 # 逐星科技
我提供一個方法,就是觀測木衛一的運動。
木衛一距離木星比較近,因此它的公轉運動有一個特點——會在某段時間內進入木星的影子裡,這樣我們在地球上就看不到木衛一了。按照物理規律,木衛一繞木星公轉一週的時間是固定的,因此木衛一每次進入木星影子的間隔,或者每次離開木星影子的間隔應該是不變的。
但在實際觀測中,就會發現木衛一的表現有些詭異:木衛一總是會比預計更早進入木星的影子裡,又總是會比預計更晚離開木星的影子。前一種情況就像是木衛一繞木星的公轉速度越來越快,而後一種情況又變成木星繞木星的公轉速度一越來越慢。
這種現象實際上就是光速有限的表現:在地球上,當我們能看到木衛一進入木星影子的時間段,地球與木星距離會越來越近,光線需要傳播的距離變短,因此木衛一進入木星影子“消失”的現象會更早到達地球,看起來就是木衛一進入木星影子的時間越來越早;相反,當我們看到木衛一離開木星影子的時間段,正好地球會逐漸遠離木星,因此光傳播的距離變長,木衛一離開影子“出現”的現象會更晚到達地球,看起來就是木衛一離開木星影子的時間越來越晚。
木衛一的迷惑行為是17世紀時丹麥天文學家羅默首先注意到的,他正是用光速有限的理由來解釋這一現象。這一解釋在當時得到了惠更斯、弗蘭斯蒂德、牛頓、哈雷等科學家的支援。
(羅默為解釋這一現象畫的圖示。木衛一“消失”對應圖中C點,此時地球從F點運動到G點,和木星的距離逐漸縮短,因此木衛一“消失”得越來越早;木衛一“出現”對應D點,此時地球從L點運動到K點,和木星距離逐漸增加,因此木衛一“出現”得越來越晚 圖 ︱Wikipedia)
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最簡單的方法是筷子放水裡會產生折射現象。
可以證明光在不同介質中的速度是不一樣的從而知道光是有速度的。