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  • 1 # 使用者1684043613087203

    光速是299792.458千米/秒,也就是說幾乎是一秒能跑20萬公里,一秒可以繞地球七圈半。

    第一個測量光速的人是伽利略,他是和助手分別站在相聚1.6千米的兩個山頭上,兩人各拿著一把燈,當助手開啟燈開始計時,伽利略看到光後立馬開啟自己的燈,助手看見燈光後計時停止。然後用3.2千米除以時間測光速,可惜光速太快,他們這樣測不出來。

    第一次正確測量光速是在1676年由一個叫做奧勒·羅默的人完成的。當時羅默正在觀察木星的衛星木衛一,它位於伽利略衛星的最深處。正如地球上的觀察者所見,當木衛一移動到木星的陰影中時,它會突然消失,而當它移動到木星的陰影之外(回到Sunny中)時,它會重新出現。羅默對預測木衛一從木星陰影中出現的時間感興趣。他的目標是利用這些觀測結果更準確地確定木衛一的軌道週期;而並沒有試圖確定光速羅默注意到,隨著地球越來越靠近木星,木衛一從陰影出現的時間變得越來越短,反之亦然。他意識到透過觀測和計算出的木衛一出現時間之間存在差異,而這可以用光的速度是有限的來解釋。由於在羅默的觀測過程中,地球正在遠離木星,所以從木衛一反射回來的光到達地球的時間會稍長一些,這將影響觀察到木衛一從木星陰影中出現的確切時間。

    基於這些觀察,羅默計算出光穿越地球公轉直徑的距離大約需要22分鐘。將該值與地球半長軸(軌道半徑)的早期測量值相結合,給出了大約每秒210,000公里的光速。這大約比光速的現代值低30%,但是考慮到它的古老性、測量方法和17世紀行星軌道精確尺寸的不確定性,這個值非常接近每秒299,792.458公里的現代值。

  • 2 # 物理那點事兒

    現在我們知道,光速是2.99x10^8m/s,但是人們對光速的探索,確實一個漫長的過程。

    最開始笛卡爾、開普勒認為,光的傳播不需要時間,光是瞬間形成的。但後人卻不這樣認為。

    第一個測量光速的人是伽利略,他讓他的兩個助手分別拿著燈籠,在相距1.6km的山頭上,第一個助手用擋板擋住燈光,第二個助手看到燈光後用擋板把自己手中的燈光擋住,第一個助手看到燈被擋住後再把擋板拿開,伽利略在旁邊觀察和記錄,這樣就測量了光往返一次的時間,但由於光的傳播速度實在太快,伽利略並沒有測出光速,因此他得出結論:光速太快而不能夠測量。

    伽利略生活在17世紀,以當時的科技水平,他的結論是正確的。

    第一個測出光速的人是法國天文學家奧勒•羅默。1676年,羅默觀察木衛一長達6個月之久,並計算出木衛一執行軌道及出現在軌道上各個位置的時間。但是他在觀察時發現木衛一出現的時間要麼會延後,要麼會提前。他把這一現象歸結為光從木衛一傳到地球上需要時間,當地球靠近木衛一運動時,時間會提前,反之,當地球遠離木衛一時,時間則會滯後。

    羅默透過計算發現光穿越地球公轉直徑的時間約為22分鐘,並把這個資料與早期計算出的地球軌道半長軸相結合,得出光速為2.1x10^8m/s,這個資料與幾天我們得到的資料相比較誤差較大,但對於當時科學技術來講,已經屬於質的飛躍了。

    1849年,法華人索菲第一次在地面上設計實驗測量光速。索菲首先在地面上放置一個凸透鏡,然後準備一個光源放在凸透鏡的焦點上,在光源和透鏡間放置一個齒輪,在透鏡另一側再放置一個凸透鏡,在這個透鏡的另一側的焦點上放置一個平面鏡,這樣光源發出的光經過第一個透鏡後變成平行光,經過第二個透鏡後重新會聚於平面鏡上,經平面鏡反射後經原光路返回。實驗時逐漸增加齒輪轉速,當光不在閃爍時,說明齒輪轉過一齒的時間等於光往返一次的時間,根據齒輪的轉速,求出這個時間並不難。索菲根據這個原理,測出光速是3.15x10^8m/s,由於齒輪有一定的寬度,所以所測出的光速並不精準。

    索菲的實驗所測出的光速已經與實際光速非常接近了,但是還是由於當時科技水平和實驗器材的限制,所測出的光速與實際值還有些差距。

    1850年,法國物理學家傅科改進了索菲的實驗方法,傅科準備一個半透明板,一個凸透鏡,一個可繞軸旋轉的平面鏡和一個凹面鏡,光由光源發出經透鏡折射後會聚於平面鏡,經平面鏡反射後會聚於凹面鏡,再由凹面鏡反射經平面鏡、透鏡,最後成像於半透明板的上方。

    實驗時平面鏡高速旋轉,光從平面鏡到凹透鏡再從凹透鏡到平面鏡這一過程中,平面鏡會旋轉過一個角度,根據平面鏡轉速可得出平面鏡轉過這一角度所用時間,而光傳播的距離可根據平面鏡與凹面鏡求出,再根據速度等於路程除以時間,即可求出光速。傅科以此實驗測出的光速為2.98x10^8m/s,相比於今天,已經相當精準了。

    1926年,邁克爾遜利用旋轉稜鏡法測出光速為2.99796x10^8m/s,於1932—1935期間,調整實驗裝置,測出更精準資料2.9974x10^8m/s。之後安德森和許特爾利用克爾盒法測得實驗資料,由多爾西分析得到更精確光速為2.99773x10^8m/s。

    隨著時代的發展,科技的進步,科學家對光速的認識越來越透徹,光速的準確測量,不但證明了麥克斯韋的電磁理論的正確性,同時也成為愛因斯坦提出相對論的有力基石。

  • 3 # 遇見H未來

    光速可以達到驚人的299792458米/S,也就是說光一秒就可以繞我們地球將近八圈,那麼光速傳播的竟然如此快,我們又是如何測量出來的呢?

    羅默利用木衛一在時間段內的“消蹤”與“現蹤”的方法測量光速

    起初科學家們認為光速是無限的,沒有具體的傳播速度,直到丹麥天文學家羅默從測量實驗中得出光波是以有限速度傳播的。之後伽利略和他的助手分別站在兩個相距1.6千米的山頂上。首先伽利略利用手電筒照向助手,當助手看到伽利略手電筒的光後開始計時並且用自己的手電筒照向伽利略,當伽利略看到助手手電筒的光時停止計時。但由於光的傳播速度太快這樣根本就測量不出來。

    不久後羅默把太陽、地球、木星和木衛一做為一套完整的系統對光速展開了測量。如圖所示A點為太陽B點為木星,而當木衛一繞木星運動到木星背後時也就是圖中CD的陰影部分時,由於太Sunny照射到木衛一的光線會被木星遮擋,所以這段時間從地球上是觀測不到木衛一的(當木衛一運動到C點時,木衛一消失稱為“消蹤";木衛一運動到D點時,木衛一出現稱為"現蹤")。那麼假如當地球運動到F點,木衛一恰好運動到C點時,木衛一從觀測者的視野中消失,而由於光的傳播是以一定速度進行的,所以在木衛一消失後一段時間內,地球上的觀測者才能發現木衛一消失的現象。而當地球運動到G點時,木衛一剛好運動到D點,這時木衛一又出現在地球觀測者的視野中。這時因為地球從F點運動到G點是在逐漸靠近木星,所以這組觀察中木衛一從消失到出現所用的時間是較短的。而還有一種情況是當地球運動到L點時木衛一恰好運動到C點,當地球運動到K點時木衛一運動到D點。那麼由於這種情況是地球逐漸在遠離木星,所以這種情況木衛一從消失到出現所用的時間是較長的。

    在羅默重複了幾十次這樣的觀測後得出結論,光線傳播速度可能等同於地球繞太陽公轉軌道直徑的距離,光波從木星到達地球大約需要22分鐘時間,這大約等於220,000公里每秒,比我們實力光速值低了約26%。

    儘管這個數值與我們光速的實際數值有一定的差距,但這也證實了光速不是無限的,也正是如此讓後期的天文學家們在光速的測量上有了更多的投入,讓光速的實際傳播很快的與我們見面了。

    邁克爾遜 八面鏡測光速法

    在邁克爾遜的八面鏡測光速中,他做了一個正八稜柱,而在八個側面上分別安上一面鏡子,

    這時如圖,讓一束入射光S與鏡面形成一個45°的夾角,反射角也與鏡面形成一個夾角為45°。這時當光線S1經過反射系統B時將光線S2反射到八面鏡的其中一面鏡面上,而這時S2與鏡面的入射角、反射角也必須為45°才能使得這束光最終傳播到觀測站T去計算光速。邁克爾遜在反覆實驗後,調節八面鏡的轉動速度剛好為S1、S2與鏡面的夾角為45°(設:八面鏡的轉速為n轉/s;光線走過的距離為L1、L2,反射系統距離較短忽略不計;光速為c米/s)。最終得出△t=1/8nT ;S=L1+L2 ;推導C=16n(L1+L2)。 計算出光速為:3×10∧8/s 與我們現在被認同的光速已經很接近了。

    K.M埃文森等人利用鐳射測量光速

    1972年,美國的K.M.埃文森等人直接測量鐳射頻率ν和真空中的波長λ,按公式c=νλ算得c=(299792458±1.2)米/秒。並且在1975年的第15屆國際計量大會上宣佈把c=(299792458±1.2)米/秒的光速值作為國際推薦值使用。

    同時在愛因斯坦的《廣義相對論》中揭示了光速可能是我們宇宙中傳播最快的速度。因為一個物體隨著運動速度的增加它的質量也會增加。當這個物體運動達到光速時它的質量就會變的無窮大,可理論上來講一個物體自身的運動速度不可能達到光速,同時在外力的運用下也不能使一個物體的質量達到無窮大,那麼這樣看來是沒有一個物體的的運動速度是可以達到甚至超過光速的。

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