每秒钟30万公里的光速是怎样测定出来的

2024-11-17 18:25:04
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回答1:

之前那些不甚准确的就不说了,也不说那些演绎性质的故事了,就列出来人类是用什么方法如何精确测到光速的:
最早用地球上的布置测出精确光速的是斐索,采用旋转齿轮的方法来测定光速的.测出的光速为 342539.21千米/秒。
简单说一下旋转齿轮法的原理:将光线从齿轮边缘通过两齿之间的空隙射到几公里外的一个镜子上,经镜子反射后让反射光沿同样路径回射并穿过一开始的齿轮空隙,把齿轮旋转起来后,从光源处观察回射光,当看不到回射光时就说明那束光在往返过程的时间里齿轮正好转了半个齿,使回射光被齿轮的齿遮挡。然后可以通过此时的齿轮转速算出齿轮转过半个齿的时间,用往返路程除以时间就是光速。
后来傅科用旋转平面镜的方法来测量光速.其测得的光速为29.8×107米/秒,并分析实验误差不可能超过5×105米/秒.
之后迈克耳逊(美国人,A.A.Michelson,1852-1931)继承了傅科的实验思想,用旋转八面棱镜法测得光速为299796千米/秒。
这些测例都是一脉相承的旋转法,虽然转的东西不一样,但原理都差不多。
现代就是
1950年的微波谐振腔法:将微波输入到圆柱形的谐振腔中,当微波波长和谐振腔的几何尺寸匹配时,谐振腔的圆周长πD和波长之比有如下的关系:πD=2404825λ,因此可以通过谐振腔直径的测定来确定波长,而直径则用干涉法测量;频率用逐级差频法测定。所得光速的结果为299792.5±1km/s。
1970年的激光测速法:通过c=vλ公式算光速。同时测定激光的波长λ和频率v来确定光速c.由于激光的频率和波长的测量精确度已大大提高,比以前已有最精密的实验方法提高精度约100倍。
另:现代真空中光速的准确值是:
c=299792.458±0.001km/s

回答2:

原先是测定,现在是定义。

回答3:

*最早人们认为光是瞬时传橎,速度是无限。直到1675年,丹麦天文学家罗默(Ole Roemer)发现了木星星食时间与地球和木星的相对位置有关。这种现象被解释为光在太空传播需要一定的时间。
*丹麦天文学家罗默(Ole Roemer 1644-1710)以「木星卫星食」的方法,在1675年,首次计算出光速。

光的传播需要时间吗?这是让物理学家颇感兴趣的问题。最早尝试测定光速的是伽利略。他提出了一种类似测声速的方法来测光速。由两个试验者各提一盏信号灯,分别站在已知距离的两端。第一个人先打开自己的灯,并同时开始计时,而第二个人在看到第一个人发来的光信号时也立即打开自己的灯,当第一个人看到第二个人发回的光信号时立即停止计时,然后将两地的距离除以时间即可得到光速了。在一漆黑的夜晚,伽利略与他的助手来到意大利佛罗伦萨郊外,在相距数公里的两个山头上做实验,结果却失败了。其原因是光传播的速度太快了,光在这两个山头之间一个来回的时间不到万分之一秒,靠当时简陋的仪器实在是无法测出的,就算有现今运动会的时候用来计量田径百公尺速度的码秒,也无法测出。

第一个成功地进行光速测量的是丹麦天文学家罗默。他观察木星时发现每隔一定周期会出一次卫星食,而卫星食的时间间隔却有长短,他以光传播速度有限来解释这个现象。所谓卫星食就是木星的卫星绕木星公转时,当木星位处于卫星和太阳中间时,会发生木星的卫星食(就像月亮有月食一样),木星的卫星绕木星公转一周会消失在木星的影内一次,二次消失所经历的时间即为卫星的公转周期。木星卫星公转周期不是恒定不变的,当地球远离木星运行时周期略长;反之,地球接近木星运行时周期略短。地球并不能影响木星卫星的运动,地球上的人观察木星卫星公转周期之所以有变化,乃因当地球背离木星运行时,从木星卫星发出的光要多走一段路程,因此光不是瞬间传播的,而是需要时间。罗默对木星卫星食周期进行了长期观察,求得的光速为2.15×108公尺/秒,即每秒21.5万公里。虽然这个数值并不精确,但得出光速是有限的结论是一个重大的贡献。

1672年罗默到巴黎,在新的皇家天文台工作。这期间他注意到木星掩木卫经历的时间,在地球距木星近时时间较短,距离远时时间较长。他正确的推算出,这是穿过地球和木星间增大的距离所需时间延长引起的。1676年宣布,根据观测,光速是每秒215000公里。1675年某一天的夜晚,罗默在巴黎用望远镜看着木星的卫星:伊奥(Io)、 欧罗巴(Europa)、甘尼米德(Ganymede)、卡利斯多(Callisto), 这四颗公元1610年由伽利略发现的卫星。他同时留下记录,伊奥环绕木星一次需要的时间是四十二个小时;半年后的某一天,他又看着伊奥,结果发现了不可思议的现象:伊奥环绕木星一圈需要的时间居然是四十二个小时又二十分钟。
罗默推论:地1到木1的距离 和地2到木2的距离 约差了二个天文单位,光线走这段路程约需20分钟吧!公元1675年的时候,人们以1亿2千万公里为地球到太阳的距离,所以每秒光速是:1亿2千万公里×2÷20分÷60秒=21万公里。

用现今的天文软件回溯到1675年6月21日的时候,地球离木星有4.3086天文单位(35.84光分),12月20日的时候地球离木星的距离是6.2082天文单位(51.63光分);6.2082-4.3086=1.8996(天文单位),相当于地1到地2的距离;51.63-35.84=15.79(光分) 相当于地1到地2的距离以光速来计算。若以现今的数据1天文单位的距离是1亿4959万公里来计算,可以算出光速每秒约是1.4959亿公里×1.8996÷15.79÷60=29万公里,果然和现今的数据每秒30万公里,相距不远。

1610年伽利略用望远镜发现了四颗木星的卫星,让地球上有机会用望远镜看木星及其卫星的人发出赞叹的声音,并从而改写天体运行的观念;65年后,1675年的罗默能以观看到的木星食现象来算光速,更是令人佩服。因为公元2002年的现在,每当我透过望远镜看着木星及其卫星时,根本无法分辨出哪颗是伊奥(Io)?哪颗是欧罗巴(Europa)?哪颗是吉米达Ganymeda)?哪颗是可立斯多(Callisto)?另外现在得到的数据,伊奥是以每隔1.7691天(42时27分30.24秒)的时间公转木星一次,所以想连续二次看到伊奥的卫星食将会是非常的难,如果在第一天的晚上8时看到,1.7691天之后,将会是第三天的白天,根本没机会看到;若第一天是在凌晨零时看到,1.7691天之后,将会是第三天的傍晚六点多;所以只有每天看,每天记录的人才有机会成功吧!若罗默不提这样的概念,各位爱好天文的同好,您会想到吗?(若牛顿不提出自由落体的理论,您看到橘子落地时,您会….. ?