物理趣味故事195捕捉光的故事

195捕捉光的故事

1607年，意大利的伽利略，第一个用速度公式测量光速。他让两个人站在相距1.5公里的两个山头上，每人手提一盏前面有盖的信号灯。实验开始，第一个人先打开灯盖，对方看到灯光，也马上打开灯盖，把光和信号传回来。伽利略指出：测出这段时间，就能计算出光速。

可是，实验失败了。我们现在已经知道，光在1.5公里的距离上往返一次，只需要十万分之一秒。这样短暂的时间，一般钟表根本无法测出来，而且开灯、看表造成的误差，会比光在两座山中间传播的时间大几万倍。光速太快，要想利用速度公式测量，就要大大地加大距离。地面上找不到那么长的直线距离，于是人们想到天空，利用天体的光现象来测量。

17世纪70年代，不满30岁的丹麦天文学家罗默对木星和它的卫星进行了长期的观测。木卫星每42多个小时围绕木星转一圈。每当木卫星转到木星背面去的时候，我们就看不见它了。这叫“卫星蚀”。罗默发现，在一年当中，每次卫星蚀出现的周期是不同的，周期最长的一次要比最短的那次长1000多秒。这个现象使罗默十分惊异，他经过仔细的研究，得出了一个结论：这是由于地球和木星之间的距离变化造成的。当地球运行到太阳的另一边时，地球和木星之间的距离增大，所以我们看到卫星蚀的时间也长1000多秒。那么，究竟运行了多远呢？这个距离大约相当于地球绕太阳公转的轨道直径。根据当时已经知道的数据，罗默算出光速为每秒225O00公里。这是人类第一次从天空中测得的光速。但是，由于太阳在运动，地球在运动，木星和木星的卫星也在运动，它们之间的距离时刻都在变化。这样测得的光速精确程度很差。1849年，刚满30岁的法国物理学家斐索，仔细研究了伽利略测光速的实验以后，觉得他应用的原理完全正确，只是方法不够科学。他改进了实验装置，用一面镜子代替了第二个人，减少了开灯等许多误差。又用一只旋转的齿轮，代替钟表计时，他选择了两个相距7公里的山头，在一个山上安装了一个旋转的齿轮，另一个山上放了一面镜子。实验开始，首先让光从齿轮的某两个齿之间通过，照到另一个山头的镜子上，经过镜子反射的光线，又从齿轮的另两个齿之间传回来，根据齿轮旋转速度，可以计算出光往返所用的时间。斐索的试验成功了。他在地面上两点之间测出了光的速度——每秒315000公里。人们称赞他是“第一个捕捉住光的人”。

1923年，迈克尔逊集中了斐索等人实验装置的优点，特制了一个八角棱镜，让它旋转起来计时。在美国加利福尼亚州两个相距35.4公里的山头上，做了一个十分成功的实验，测出了光在空气中的传播速度。后来，他又把一个长1600米的管子抽去空气，让光在管子里往返10次，测出了光在空中的速度。他去世后第三年，公布了当时测得的最佳数字：光在真空中的速度是每秒299796公里。

随着科学技术的进步，光速测定也越来越精确。目前公认，光在安全真空中的传播速度为每秒299792.45公里，可以取作每秒300000公里，

在空气中光的传播速度比在真空中每秒要慢67公里，由于这个差很小，一般可以把它们看成近似相等。