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  • 1 # 使用者7698895345900

    光速定義值:c=299792458m/s

    定義:光波或電磁波在真空或介質中的傳播速度,沒有任何物體或資訊運動的速度可以超過光速。

    光速的測量方法: 最早光速的準確數值是透過觀測木星對其衛星的掩食測量的。還有轉動齒輪法、轉鏡法、克爾盒法、變頻閃光法等光速測量方法。

    1983年,光速取代了儲存在巴黎國際計量局的鉑制米原器被選作定義“米”的標準,並且約定光速嚴格等於299,792,458米/秒,此數值與當時的米的定義和秒的定義一致。後來,隨著實驗精度的不斷提高,光速的數值有所改變,米被定義為1/299,792,458秒內光透過的路程。

    根據現代物理學,所有電磁波,包括可見光,在真空中的速度是常數,即是光速。強相互作用、電磁作用、弱相互作用傳播的速度都是光速,根據廣義相對論,萬有引力傳播的速度也是光速,且已於2003年得以證實。根據電磁學的定律,發放電磁波的物件的速度不會影響電磁波的速度。結合相對性原則,觀察者的參考座標和發放光波的物件的速度不會影響被測量的光速,但會影響波長而產生紅移、藍移。這是狹義相對論的基礎。相對論探討的是光速而不是光,就算光被稍微減慢,也不會影響狹義相對論。

    一、光速測定的天文學方法

    1.羅默的衛星蝕法

    光速的測量,首先在天文學上獲得成功,這是因為宇宙廣闊的空間提供了測量光速所需要的足夠大的距離.早在1676年丹麥天文學家羅默(1644—1710)首先測量了光速.由於任何週期性的變化過程都可當作時鐘,他成功地找到了離觀察者非常遙遠而相當準確的“時鐘”,羅默在觀察時所用的是木星每隔一定週期所出現的一次衛星蝕.他在觀察時注意到:連續兩次衛星蝕相隔的時間,當地球背離木星運動時,要比地球迎向木星運動時要長一些,他用光的傳播速度是有限的來解釋這個現象.光從木星發出(實際上是木星的衛星發出),當地球離開木星運動時,光必須追上地球,因而從地面上觀察木星的兩次衛星蝕相隔的時間,要比實際相隔的時間長一些;當地球迎向木星運動時,這個時間就短一些.因為衛星繞木星的週期不大(約為1.75天),所以上述時間差數,在最合適的時間(上圖中地球執行到軌道上的A和A’兩點時)不致超過15秒(地球的公轉軌道速度約為30千米/秒).因此,為了取得可靠的結果,當時的觀察曾在整年中連續地進行.羅默透過觀察從衛星蝕的時間變化和地球軌道直徑求出了光速.由於當時只知道地球軌道半徑的近似值,故求出的光速只有214300km/s.這個光速值儘管離光速的準確值相差甚遠,但它卻是測定光速歷史上的第一個記錄.後來人們用照相方法測量木星衛星蝕的時間,並在地球軌道半徑測量準確度提高後,用羅默法求得的光速為299840±60km/s.

    2.布萊德雷的光行差法

    1728年,英國天文學家布萊德雷(1693—1762)採用恆星的光行差法,再一次得出光速是一有限的物理量.布萊德雷在地球上觀察恆星時,發現恆星的視位置在不斷地變化,在一年之內,所有恆星似乎都在天頂上繞著半長軸相等的橢圓運行了一週.他認為這種現象的產生是由於恆星發出的光傳到地面時需要一定的時間,而在此時間內,地球已因公轉而發生了位置的變化.他由此測得光速為:C=299930千米/秒

    這一數值與實際值比較接近.

    以上僅是利用天文學的現象和觀察數值對光速的測定,而在實驗室內限於當時的條件,測定光速尚不能實現.

    二、光速測定的大地測量方法

    光速的測定包含著對光所透過的距離和所需時間的量度,由於光速很大,所以必須測量一個很長的距離和一個很短的時間,大地測量法就是圍繞著如何準確測定距離和時間而設計的各種方法.

    1.伽利略測定光速的方法

    物理學發展史上,最早提出測量光速的是義大利物理學家伽利略.1607年在他的實驗中,讓相距甚遠的兩個觀察者,各執一盞能遮閉的燈,如圖所示:觀察者A開啟燈光,經過一定時間後,光到達觀察者B,B立即開啟自己的燈光,過了某一時間後,此訊號回到A,於是A可以記下從他自己開燈的一瞬間,到訊號從B返回到A的一瞬間所經過的時間間隔t.若兩觀察者的距離為S,則光的速度為c=2s/t

    因為光速很大,加之觀察者還要有一定的反應時間,所以伽利略的嘗試沒有成功.如果用反射鏡來代替B,那麼情況有所改善,這樣就可以避免觀察者所引入的誤差.這種測量原理長遠地保留在後來的一切測定光速的實驗方法之中.甚至在現代測定光速的實驗中仍然採用.但在訊號接收上和時間測量上,要採用可靠的方法.使用這些方法甚至能在不太長的距離上測定光速,並達到足夠高的精確度.

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