题目

光速是如何测算出来的?

提问时间：2020-06-08

答案

1607年伽利略最早做了测定光速的尝试：让两个实验者在夜间每人各带一盏遮蔽着的灯,站在相距约1.6km的两个山顶上,第一个实验者先打开灯,同时记下开灯的时间,第二个实验者看到传来的灯光后,立刻打开自己的灯,第一个实验者看到第二个实验者的灯光后,再立刻记下时间．然后根据记下的时间间隔和两山顶间的距离计算出光的传播速度．这种测量光速的方法,原理虽然正确,但是却没能测出光速,这是因为光速很大,在相距约1.6km的两山顶间来回一次,所用的时间大约只有十万分之一秒,这样短的时间,比实验者的反应时间短得多,即使有比较精密的计时仪器也测不出光速来,更不用说当时的原始计时装置了．
要测定光速,必须利用很大的距离,或者用精巧的方法准确地测量出很短的时间间隔．伽利略以后的学者们正是沿着这两个方向探求测定光速的方法的．
1676年丹麦天文学家罗默（1644～1710）用天文观测的方法,发现光是以有限速度传播的．利用罗默观测到的数据可以计算出光速的大小．这种方法就属于利用大距离的方法．
为了在地面上不太长的距离内测定光速,科学家们设计了各种巧妙的实验方法,以便准确地测出很短的时间间隔．1849年法国物理学家斐索（1819～1896）首先在地面上测出了光速．以后又有许多科学家采用了更精确的方法测定光速．下面简略地介绍美国物理学家迈克耳逊（1852～1931）的旋转棱镜法．
迈克耳逊选择了两个山峰,测出两山峰间的距离,在第一个山峰上安装一个强光源S和一个正八面棱镜A（见下图）光源S发出的光,经过狭缝射到八面镜A的面1上,反射后射到放置在另一个山峰上的凹镜B上,又反射到平面镜M上,经过M反射后,再由B反射回第一个山峰．如果八面镜静止不动,反射回来的光就射到八面镜的另一个面3上,经面3反射后,通过望远镜C进入观察者的眼中,看到光源S的像．
如果使八面镜转动,那么光反射回来时,八面镜的面3已经偏离了原来的取向,经面3反射后的光不再进入望远镜中,观察者就观察不到光源S的像了．适当调节八面镜的转速,使反射回来的光到达八面镜时,八面镜恰好转过 转,面2正好转到面3原来的位置,经面2反射后的光进入望远镜中,就可以重新看到S的像．根据八面镜转过1/8转所用的时间和两山峰间的距离．就可以算出光在空气里的速度．迈克耳逊经过校正,得出光在真空中的传播速度c=（299796±4）km/s．
光速是物理学中的一个基本常数．科学家们一直努力更精确地测定光速．1970年以后,开始利用激光测量光速．激光测速法大大提高了测量的精确度．根据1975年第十五届国际计量大会决议,真空中光速的最可靠值定为
c=（299792458±1） m/s
在简单的计算中,可取3.0×108m/s