关于测量光速

尊敬的读者，感谢您在百忙之中阅读我的文章，这是对我努力的肯定，也是持续创作的动力，向您致以我最诚挚的敬意，希望能得到您的一个"关注"，在此感谢！

自古以来，先贤们就对光速的有限或无限进行了推测。例如，希腊人恩培多克勒认为光是移动的东西。并且他需要一定的时间才能走完一定的距离。亚里士多德认为光不是运动，而是存在。

光速。古人的思想

在 11 世纪波斯物理学家阿尔哈森 进行实验之前，关于光和人类视觉存在两种相互竞争的假设：其中一种假设认为，视觉是由眼睛发出的光线产生的。另一种假说认为，正是物体发出的光线到达眼睛才让我们看到它们。

在第一种情况下，“光线”的速度必须是无限的，因为如果我们在晚上睁开眼睛，我们会立即看到星星。然而，在开罗工作的阿拉伯科学家阿尔加森在他于 1201 年（！）出版的著作 Libro de Optica 中通过实验证明了第二个假设是正确的。他正确地假设光速是有限的，在致密物体中光速应该更小。

十七世纪上半叶，进行了一些测量地球表面光速的实验。但由于距离较短（仅一公里多），他们未能获得任何结果。

在本世纪初，确定地理经度是导航的一个严重问题。纬度很容易测量：观察北极星或其他已知天体地平线以上的高度就足够了。但要确定经度，您需要测量时间。具有所需精度的机械表直到 18 世纪才被开发出来。经过漫长的等待，直到18世纪，伽利略提出用木星的卫星作为时钟。毕竟，它们沿着轨道运行，隐藏在一颗周期极其精确的行星后面！

事实证明该方法不切实际。因为为了看到木星的卫星，即使是最大的卫星，也需要望远镜。因此，农民家庭并没有采用利用伽利略卫星确定时间的方法。因为，与我们这个时代不同，那时候并不是所有城乡居民都有望远镜。

然而，该提议仍然引起了一些富裕公民对木星卫星的兴趣增加。

天上有奇怪的东西

由于这些观察，发现了一个奇怪的现象。当地球靠近木星时，卫星似乎移动得更快。当两颗行星相互远离时，它们的移动速度开始变慢。根据开普勒定律，这是不可能的。

根据计算，光绕地球轨道直径大约需要二十二分钟。1690 年，荷兰人克里斯蒂安·惠更斯将这一结果与他对地球到太阳距离的里程碑式估计相结合，得出了每秒 220,000,000 米的光速值。仅比正确值（299,792,458 米每秒）小 27%。

但罗默的结果并没有令科学界信服。罗默在巴黎皇家天文台的上司卡西尼号和英国的胡克号反对如此高的终端速度，并（错误地）捍卫了光速的无限！

视差误差

更准确的数据直到 1725 年才出现，当时发现了光像差。英国天文学家詹姆斯·布拉德利试图通过测量一年中两个不同时间的恒星位置来计算到恒星的距离。也就是说，本质上是使用视差方法。

这一测量是在地球位于其轨道上的相对点时进行的。通过准确确定天空中恒星视位置的变化，可以使用基本三角学来构造三角形，从而计算出从地球到所需恒星的距离。这种测量从 16 世纪就开始进行。然而，在地球轨道上不同点测量到的位移与视差所预期的位移并不相符。

布拉德利在国会议员兼业余天文学家塞缪尔·莫利纽克斯的帮助下发现，恒星的表观位置发生的变化仅取决于横穿恒星光的地球轨道速度的分量。而这个位移，可以达到20角秒（即1/180°），并不取决于到恒星的距离。

只有当光速有限时，光才有可能出现像差。简单来说，效果是两个垂直速度的合成。在雨中跑步或开车时也会出现类似的现象。我们移动得越快，雨滴下落时的明显斜度就越大。

布拉德利确定光速是地球轨道速度的10,210倍，即每秒略高于300,000公里。这非常接近今天的价值。

创意伊波利特

1849年，法国物理学家伊波利特·菲索以一种非常巧妙的方式，在不借助天文现象的情况下首次测量了光速。在他的实验中，他将一束光从 8,633 米外的山上照射到位于蒙马特山（巴黎）的一面镜子上。镜子将光线返回给观察者，但在其路径中放置了一个旋转齿轮，以便光线可以穿过切口，但被牙齿阻挡。

当轮子缓慢转动时，可以观察到间歇性的返回光。在更高的速度下，到了某个时刻，眼睛将无法再观察到眨眼，并且光线似乎是连续的。斐索注意到，当轮子的转速达到每秒 12.6 转时，光就不再可见。因为穿过凹口的光线在出去时遇到了牙齿。

因此，斐索能够确定光从齿轮传播到镜子并返回所需的时间。他测量了它的速度：315,000公里/秒。误差仅为5%。对于当时可用的测量仪器来说，这简直是一个令人印象深刻的结果！

还有其他聪明人

1868年，法国物理学家莱昂·福柯改进了实验，用旋转镜代替了齿轮。他得出的光速值为 298,000 公里/秒。

1878年，美国物理学家阿尔伯特·迈克尔逊使用类似于福柯的仪器，得到了300,140 ± 480 km/s的值。第一次，真实值被包含在误差范围内。1926年，迈克尔逊在威尔逊山和相距35公里的圣安东尼奥山之间进行了一项实验。他得到的光速值为299,796 ± 4 km/s。

1947 年，英国物理学家路易斯·埃森使用微波谐振器，通过测量谐振器中微波的谐振频率，并考虑从设备的几何形状得出的波长，来计算光速。（波速等于其波长和频率的乘积。）由此获得的速度为 299,792 ± 3 km/s。1950年，他完善了实验，得到了299,792.5±1公里/秒的数值。

1958年，英国物理学家大卫·弗鲁姆利用毫米波干涉仪得到了299,792.5±0.1公里/秒的数值。

1972 年，美国国家标准局的一个团队使用稳定的氦氖激光器实现了以前难以想象的精度：299,792.4574 ± 0.0011 km/s。研究人员伍兹、肖顿和罗利使用相同类型的激光改进了实验。1978 年，他们收到了更准确的值：299,792.45898 ± 0.0002 km/s。