光的传播速度最早是怎么算的

2025-04-15 11:54:02
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回答1:

很多人都知道光的速度是 3×108 m/s,每秒钟可以绕地球七圈半。但是你知不知道科学家是怎样知道这个答案的?他们是怎麼做实验量出来的?

光速究竟有多大?刻卜勒和笛卡儿认为光速是瞬间传递,是一个无限大的值,伽利略则认为是有限值。伽利略设计了一个实验来测光速,他在西元1635年和助理各带著一盏灯,在距离一公里远的二个山头进行光速的测量(注 1),这个实验说来容易,但是仔细想想,当时可是没有什麼无线电或是大哥大等通讯器材,甚至计时的工具也没有我们现在方便及精确,能够这样做实验,虽然没有得到确切的结果,但是精神实在可佩。

几十年之后,丹麦物理学家罗美尔(Roemer,1644~1710)用天文观测的方法,第一个证明了光传播的速度是一个有限值。他是利用木星和它的一颗卫星的运行来计算光的速度,1676年他发表的结果是 2.1×108 m/s。之后有很多科学家陆陆续续利用天文的方法来测光速,得到的数值接近 3×108 m/s。

第一位在地面上做实验,把光速测出来的是法国科学家菲佐(Fizeau),他设计了一个巧妙的实验,在1849年,利用一个720齿的齿轮和反射镜,量出光速为3.18×108 m/s,你知道齿轮和镜子相距多远吗?相距 8.633 公里。想想,这个实验也是工程浩大喔,因为那时候可还没发明雷射喔!是用什麼光源可以射到 8 公里之外再反射回来?

1920年,美国的迈克森(Michelson,1852~1931)用旋转的八面镜取代齿轮,来测光速,经过几百次的测量结果所得的数值为 2.99796×108 m/s。能做到这麼精确,实在了不起,这也是一个工程浩大的实验。在这个实验中,八面镜和光源是分别放在二个山头(和伽利略的实验很像),相距 35 公里。这个实验真的是工程浩大!想清楚喔,35公里这麼长的距离是怎麼量出来的?用的是什麼光源可以照这麼远?详细内容可以参考『经典物理发展中的著名实验』一书(沈慧君、郭奕玲编著,凡异出版社)