第一次测定光速的测验是闻名的意大利物理学家伽利略在17世纪进行的。他和他的帮手在一个黑沉沉的夜晚到了佛罗伦萨城外的原野,随身带着两盏有遮光板的灯,互相脱离几英里站定。伽利略在某个时刻翻开遮光板,让一束光向帮手的方向射去。帮手已得到指示,一见到从伽利略那里射来的光,就立刻翻开自己那块遮光板。已然光线从伽利略那里抵达帮手,再从帮手那里折回来都需求必守时刻,那么,从伽利略翻开遮光板时起,到看到帮手发回的光线,也应有一个时刻间隔。实际上,他也的确调查到一个小间隔。可是,当伽利略让帮手站到远一倍的当地再做这个试验时,间隔却没有增大。明显,光线走得太快了走几英里几乎用不了什么时刻。至于调查到的那个间隔,事实上是由于伽利略的帮手没能在见到光线时当即翻开遮光板所形成的——这在今日称为反响迟误。
虽然伽利略的这项试验没有导致任何有意义的效果,但他的另一发现,即木星有卫星,却为后来初次真实测定光速的试验供给了根底。1675年,丹麦天文学家雷默(Olaus Roemer)在调查木星卫星的蚀时,留意到木星卫星消失在木星暗影里的时刻间隔逐次不相同,它随木星和地球之间的间隔在各次卫星蚀时的不同而变长或变短。雷默当即意识到(你在研讨图31b今后也会看出),这种效应不是由于木星的卫星运动得不规矩,而是由于当木星和地球间隔不一起,所看到的卫星蚀在路上传达所需求的时刻不同。从他的观测得出,光速大约为185000英里每秒。难怪最初伽利略用他那套设备测不出来了,由于光线从他的灯传到帮手那里再回来,只需求十万分之几秒的时刻啊!
不过,用伽利略这套粗糙的遮光灯所做不到的,后来用更精细的物理仪器做到了。在图31c上,咱们正真看到的是法国物理学家菲佐(Fizeau)首要选用的短间隔测定光速的设备。它的首要部件是安在同一根轴上的两个齿轮,两个齿轮的装置正好使咱们在沿轴的方向从一头看去时,第一个齿轮的齿对着第二个齿轮的齿缝这样,一束很细的光沿平行于轴的方向射出时,不管这套齿轮处在哪个方位上,都不能穿过这套齿轮。现在让这套齿轮体系以高速滚动。
从第一个齿轮的齿缝射入的光线,总是需求一些时刻才干抵达第二个齿轮。假如在最近一段时刻内,这套齿轮体系刚好转过半个齿,那么,这束光线就能经过第二个齿轮了。这种状况与轿车以恰当速度沿装有守时红绿灯体系的大街行进的状况很相似。假如这套齿轮的转速进步一倍,那么,光线在抵达第二个齿轮时,正好射到转来的齿上,光线就又被挡住了。但转速再进步时,这个齿又将在光束抵达之前转过去,相邻的齿缝刚好在这恰当的时刻转来让光线射过去。因而,留意光线呈现和消失(或从消失到呈现)所对应的转速,就能算出光线在两齿轮间传达的速度。
为减低所需的转速,可让光在两齿轮间多走些旅程,这能够凭借图31c所示的几面镜子来完成。在这个试验中,当齿轮的转速抵达1000转每秒时,菲佐从接近自己的那个齿轮的齿缝间看到了光线。这说明在这种转速下,光线从这个齿轮抵达另一个齿轮时,齿轮的每个齿刚好转过了半个齿距。由于每个齿轮上有50个彻底相同的齿,所以齿距的一半正好是圆周的1/100,这样,光线走过这段间隔的时刻也便是齿轮转一圈所用时刻的1/100。再把光线在两齿间走的旅程也考虑进来进行核算,菲佐得到了光速为18500英里每秒或300000公里每秒这个成果,和雷默调查木星和卫星得到的成果差不多。
而现在,
只要在厨房里,
用面包片、黄油、微波炉、盘子,
就能大致测算出光速!
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