最早的較高準確度的光速測量來自1851年，法國科學家傅科。當時他採用的方法是旋轉鏡法，大致原理如上圖所示：A為一面鍍膜的半透光的鏡子，光源S發出的光經A的反射，進入齒輪N的輪齒之間。齒輪旋轉，於是就會時不時遮擋光束。透過齒輪N後，光束經平面鏡M的反射，再次回到齒輪。如果這時齒輪恰好又在一個間隙，則光束可以齒輪，進而在半透鏡A之後的觀測者就可以觀測到光。齒輪的齒數已知，轉速已知，則兩個齒透過的時間差就已知，進而可以算出光從第一次透過齒輪，到反射後回到齒輪，所用的時間。齒輪到平面鏡M的距離可以簡單測量出來，有時間有距離，也就有了速度。當時傅科得到的光速是298*10^8米/秒，已經是很不錯的準確度了。

在1924年，美國科學家邁克爾遜對這一實驗裝置進行了改進，用旋轉的八面鏡代替了齒輪，大大提高了實驗精度。原理如上圖所示：有八個面的反射鏡A不斷旋轉，只有當1面正對左上45度角方向的時候才能將光送入光路系統B；光經過B的一系列反射後，攝像鏡面3的位置，而此時只有鏡面3正對左下45度角方向的時候，光可以被觀測鏡看到。由於條件十分苛刻，因此只有反射鏡旋轉的速度為非常精確的某些特定值的時候，才能在觀察鏡中看到光斑。再由旋轉速度和光路長度，即可簡單計算出光速。當時的實驗得到了299796±4 千米/秒的結果，已經非常準確了。

再之後，在1983年10月的第十七屆國際計量大會上，米被重新定義為：“光在真空中1／299792458秒的時間間隔內所經路程的長度”。加之時間已經被精確定義（銫133原子基態的兩個超精細能階之間躍遷時所輻射的電磁波的週期的9,192,631,770倍 的時間），光速的值也就這樣被“確定”了下來：299792458米/秒，一絲一毫也不差。換言之，米這個概念，現在已經是源於光速的了。

但如果談到計算，那就更有趣了。1865年，麥克斯韋第一次完成了麥克斯韋方程組，全面描述了宏觀電磁場的性質。之後又發展了這一方程組的各種形式。而從這4條方程中，我們就完全可以推匯出光速計算的方法。

上圖為之*乎使用者TDurden推導的光速計算方法。由最終式易得，真空介電常數和磁導率，有這兩個常數就可以直接計算光速。這也是“光速不變”這一概念的起源之地。

關於光的質量以及運動速度的說明

光不僅在物理史上是個非常重要的概念，就是日常生活中我們也非常熟悉。可是我們真的熟悉嗎？ 真的理解光嗎？其實就目前為止，關於光的研究還在繼續。比如光有沒有質量，光速能否被超過，就這些被激烈討論的問題，我以自己的瞭解和理解為大家做一個詳細說明。

首先我們應該對現有的光的研究歷程有一個大概的瞭解。這裡不得不提到一個人——詹姆士·克拉克·麥克斯韋。他在法拉第的工作基礎上，開創電磁理論，成為電磁理論的集大成者。

並且他透過計算，得出光和電磁波的速度相同，於是他大膽預言：光就是電磁波。在1864年麥克斯韋提出他的理論之後，1887年德國物理學家赫茲用實驗證實了電磁波的存在。之後1898年,馬可尼又進行了許多實驗,不僅證明光是一種電磁波,而且發現了更多形式的電磁波,它們的本質完全相同,只是波長和頻率有很大的差別。

這樣人類除了知道光的速度之外，開始從本質認識光的歷程——光是一種電磁波！

這裡值得一提的是最早測量光速的人是伽利略，儘管他沒有完成測量，但開啟了人類測量光速的序幕。大家都知道伽利略可以說是近代實驗科學的奠基人。很多後輩大科學家包括牛頓，愛因斯坦等都受伽利略啟發。

接著說赫茲，赫茲還發現了光電現象【光照射到金屬上，引起物質的電性質發生變化。這類光變致電的現象被人們統稱為光電效應】，後來由愛因斯坦給出瞭解釋。並由此獲得了1921的諾貝爾物理學獎。愛因斯坦主張，光的能量並非均勻分佈，而是負載於離散的光量子，而光子的能量和其所組成的光的頻率有關。這個突破性的理論不但能夠解釋光電效應，也推動了量子力學的誕生。

在量子力學體系建立的過程中，光的研究也不斷的深入，尤其是波粒二象性的理論。即光具有波粒二象性，單獨用波，單獨用粒子來形容光都是不完整的，二者結合才能解釋光的一切現象。

後來德布羅意在光具有波粒二象性的啟發下，指出波粒二象性不只是光子才有，一切微觀粒子，包括電子和質子、中子，都具有波粒二象性。他把光子的動量與波長的關係式p=h/λ推廣到一切微觀粒子上，指出：具有質量m 和速度v 的運動粒子也具有波動性，這種波的波長等於普朗克恆量h 跟粒子動量mv 的比，即λ= h/（mv）。這個關係式後來就叫做德布羅意公式。

三年後，透過兩個獨立的電子衍射實驗，德布羅意的方程被證實可以用來描述電子的量子行為。在阿伯丁大學，喬治·湯姆孫將電子束照射穿過薄金屬片，並且觀察到預測的干涉樣式。在貝爾實驗室，克林頓·戴維森和雷斯特·革末做實驗將低速電子入射於鎳晶體，取得電子的衍射圖樣，這結果符合理論預測。

還有一個關於光的理論就是光速不變理論。這個得提到一個著名的實驗——邁克爾遜-莫雷實驗！邁克爾遜－莫雷實驗是1887年邁克爾遜和莫雷做的用邁克爾遜干涉儀測量兩垂直光的光速差值的一項著名的物理實驗。但結果證明光速在不同慣性系和不同方向上都是相同的，由此否認了以太（絕對靜止參考系）的存在，從而動搖了經典物理學基礎，成為近代物理學的一個發端，在物理學發展史上佔有十分重要的地位。

大家要知道，愛氏本人也深受以太學說的影響，後來也是受邁克爾遜-莫雷實驗否定了以太學說，以光速不變原理，否定了經典牛頓時空的同時絕對性，建立了狹義相對論。後來又以等效原理，把狹義相對論拓展到了廣義相對論。但光速不變，依然是狹義，廣義相對論的基石！

至於光有質量嗎？ 很多人會說光能被大質量物體的引力偏轉，就說明它是具有質量的。

我這樣來跟大家的解釋：真正意義上物體的運動速度是不會超越光速的，而且光子是沒有靜止質量的，光也就沒有靜止質量的。這點我是贊同愛氏的。

我們先來說說物體為什麼不會超越光速？大家看看這個公式m=m0/sqrt(1-v^2/c^2)。假如物體的速度V大於光速，那麼根號下肯定是1減去比它大的數字，得到一個負數，負數怎麼開根？就算開出來也沒有任何意義。這就是為什麼理論上超光速是不存在的。

同樣是這個公式，我們假設物體質量為1. 物體速度達到光速。那麼此時物體的質量就變成了1除以0了。1除以零在數學上沒有意義，可是在現實宇宙環境中，意味著無窮大。也就是說物體質量趨向於無窮大。大家可以在手機上輸入1除以0，就會顯示無窮大。

所以這就是為什麼物體不能達到光速的數學解釋。無論質量為1,2,3等任何一個正數，除以零，都是一個無窮大的趨向。

這是數學解釋，你滿意嗎？我還要更深層次問物體不可以光速運動的原因是什麼？一切數字公式迴歸現實才會變的有力量，更清晰！

我這樣來回復大家，愛氏用時空彎曲解釋引力的成因，我認為需要修正。那就是引力的成因是時空，不是時空彎曲。而且時間，空間，物質是一體的東西。這種一體的東西都可以用時空能量來衡量。所以任何物體必然是處於引力場中，處於宇宙之中的物體。

那麼一個物體要超越光速就必須克服時空性質。這種時空性質是指宇宙環境，畢竟時間，物質，空間是一體的東西，它具有粘性。

而且有質量的物體以光速運動的話質量會趨於無限大，時間將停止。就好像是說這個物體作為一個“力點”要影響和拉動整個宇宙。所以這是不可能實現的情況。

因為單個物體的能量是不會超越整個宇宙的能量。所以這樣解釋的話光速其實是個法則，是一種束縛態，是一個束縛態法則。這就是為什麼物體運動速度不會超越光速！

我們的問題還沒有結束！既然光可以被大質量物體的引力偏轉，就說明它應該具有質量。如果沒有質量，引力就不會作用與它。

來看看兩個公式，質能公式E=mv²和普朗克E=hv。假設光子有質量，所以不同的躍遷跳躍光子對應不同速度，然而這與觀察結果不相符，被觀測的光子速度均為統一速度。而且普朗克公式裡面本來就沒有m的出現，本身就說明了光子靜止質量為零。或者也可以說沒有靜止質量。這樣更加準確。

事實上我們知道光子靜止質量為零，是一種理論的要求，我們誰也沒有測量它的質量是“零”。也無法測量，因為你無法找到靜止的光子。所以說光子沒有靜止質量是準確的。也可以說光子是一定有質量的，是有運動質量。

愛氏曾質疑牛頓第一定律有迴圈論證嫌疑，這裡我發現他這個理論也有迴圈論證嫌疑。我們在現實生活中找不到慣性系，卻要來說明在慣性系中物體總要保持勻速直線運動和靜止狀態。同樣我們要證明光子靜止質量為零，首先必須找到靜止的光子。可是靜止的光子我們找不到，但我們還說光子靜止質量為零。或者說光子沒有靜止質量。在這裡的討論看似無意義，其實很有意思。

我們接著假設光子沒有靜止質量，不同躍遷的光子對應一個固定的光譜，與觀測結果一致。所以我們說光子沒有靜止質量。

那麼問題又來了，光有運動質量，為什麼運動過程，質量沒有無限大？？ 一般書本以光子沒有靜止質量來說明。但是我們其實還是不理解的。 有運動質量，為什麼不遵守理論內容呢！

類似的問題還有一個：光速為什麼以光速執行？？規定光速原則的性質和宇宙法則機制如何的？

先來回答第一個問題，光有運動質量，卻可以光速執行！我個人認為這和波粒二象性有關。光子的能量是傳輸是一份份的，而它被大質量物體偏轉時候又表現出“波”的性質。

質量和能量是兩個概念，物體的一體兩面。光子我們多以能量來形容。也就是光子以光速運動的能量是多少多少，而不是質量是多少多少。能量不是無限大，質量自然也不是無限大。所以光子這個特殊的粒子以光速運動質量不會無限大。

否則打在我們身上的太陽光，直接將我們打的灰飛煙滅！但太陽光很溫暖，說明它攜帶有能量。用我們可見的詞彙來形容就是“溫暖”，你見過誰會說給我來二斤“溫暖”。這樣形容其實不準確，只是為了讓大家有直觀的感受。

其實波粒二象性本身就是“宏觀”和“量子”的結合體現。也可以說是物體“質量”和“能量”的過渡體現。所以愛氏在發現光電效應和建立了相對論理論後，一直腦海中有統一四種基本的力的構想是正確的，也是可以統一的。物理學的發展本身也是證明了這一點，只不過萬里長城還差最後一段沒有走完！

至於最後一個問題：光為何以光速運動？其實還是時空“粘性“使然。這種粘性阻礙了物質的物體光速運動，又使得光子能以光速運動。

說到上面的迴圈論證，然我想到了哥德爾不完備定理。

1、任意一個包含一階謂詞邏輯與初等數論的形式系統，都存在一個命題，它在這個系統中既不能被證明為真，也不能被證明為否。

2、如果系統S含有初等數論，當S無矛盾時，它的無矛盾性不可能在S內證明。

所以大家看到了，偉大的哥德爾為我們揭示了一個哲理啟發。任何一個迴圈論證，悖論和理論想要以此說此，以彼證彼，層層跟進最後的結果是不可證，不可說。

這就是告訴了我們，宇宙以一種彼此連線的形式存在，卻不能自證真偽。是啊，宇宙不需要真，也不需要偽，但是人類需要！

摘自獨立學者，詩人，作家，國學起名師靈遁者物理宇宙科普書籍《變化》第二十六章。

在古代，人們一直認為光速是無限的，可以瞬間傳播到任何距離。義大利物理學家伽利略·加利利是最早嘗試測量光速的人之一。在17世紀初期，他設計了一個實驗，其中兩個人用有蓋燈籠測試相距已知距離，一個人開啟他的燈籠，另一個人進行觀測燈籠的燈光。伽利略試圖記錄兩次提燈訊號之間的時間，但未成功，因為所涉及的距離太小，光線移動太快而無法透過這種方式進行測量。

大約1676年，丹麥天文學家奧勒·雷默(Ole Roemer)成為第一個證明光具有有限速度傳播的人。他研究了木星的衛星，並注意到當地球離木星較近時，它們的月食發生得比預期的要早，而當地球離木星較遠時，月食的發生就晚了。雷預設為這是光以有限速度運動的結果。當木星距離更遠時，到達地球所需的時間更長。

在隨後的幾個世紀中，許多其他科學家努力確定光速，並使用改進的技術提出了越來越精確的計算方法。法國物理學家希波呂特·菲索（Hippolyte Fizeau）在1849年進行了首次非天文測量，他將光透過旋轉的齒輪發射，然後用相距很遠的鏡子反射回去。美國物理學家阿爾伯特·邁克爾森（Albert Michelson）於1920年代首次對光速進行了精確的計算，他使用八面旋轉鏡裝置在南加州的山區進行了研究。1983年，國際度量衡委員會將光速設定為真空，即今天的計算：299,792,458米/秒，一般我們稱光的大約速度為30萬米/秒。