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光速的测量方法是什么

科技知识曾扬供稿

  相信很多的人都知道光速是什么,但是大部分的人都不清楚光速是如何测量的?小编就和大家分享光速测量方法,来欣赏一下吧。

光速的测量方法是什么

  光速测量方法

  1.罗默的卫星蚀法

  光速的测量,首先在天文学上获得成功,这是因为宇宙广阔的空间提供了测量光速所需要的足够大的距离.早在1676年丹麦天文学家罗默(1644— 1710)首先测量了光速.由于任何周期性的变化过程都可当作时钟,他成功地找到了离观察者非常遥远而相当准确的“时钟”,罗默在观察时所用的是木星每隔一定周期所出现的一次卫星蚀.他在观察时注意到:连续两次卫星蚀相隔的时间,当地球背离木星运动时,要比地球迎向木星运动时要长一些,他用光的传播速度是有限的来解释这个现象.光从木星发出(实际上是木星的卫星发出),当地球离开木星运动时,光必须追上地球,因而从地面上观察木星的两次卫星蚀相隔的时间,要比实际相隔的时间长一些;当地球迎向木星运动时,这个时间就短一些.因为卫星绕木星的周期不大(约为1.75天),所以上述时间差数,在最合适的时间(上图中地球运行到轨道上的A和A’两点时)不致超过15秒(地球的公转轨道速度约为30千米/秒).因此,为了取得可靠的结果,当时的观察曾在整年中连续地进行.罗默通过观察从卫星蚀的时间变化和地球轨道直径求出了光速.由于当时只知道地球轨道半径的近似值,故求出的光速只有214300km/s.这个光速值尽管离光速的准确值相差甚远,但它却是测定光速历史上的第一个记录.后来人们用照相方法测量木星卫星蚀的时间,并在地球轨道半径测量准确度提高后,用罗默法求得的光速为299840±60km/s.

  2.布莱德雷的光行差法

  1728年,英国天文学家布莱德雷(1693—1762)采用恒星的光行差法,再一次得出光速是一有限的物理量.布莱德雷在地球上观察恒星时,发现恒星的视位置在不断地变化,在一年之内,所有恒星似乎都在天顶上绕着半长轴相等的椭圆运行了一周.他认为这种现象的产生是由于恒星发出的光传到地面时需要一定的时间,而在此时间内,地球已因公转而发生了位置的变化.他由此测得光速为: C=299930千米/秒,这一数值与实际值比较接近。

  光速是多少

  光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。

  真空中的光速 真空中的光速是一个重要的物理常量 ,国际公认值为 c=299792458米/秒 。17 世纪前人们以为光速为无限大,意大利物理学家G.伽利略曾对此提出怀疑,并试图通过实验来检验,但因过于粗糙而未获成功。1676年 ,丹麦天文学家O.C.罗默利用木星卫星的星蚀时间变化证实光是以有限速度传播的。1727年,英国天文学家J.布拉得雷利用恒星光行差现象估算出光速值为c=303000千米/秒。

  1849年 ,法国物理学家 A.H.L. 菲佐用旋转齿轮法首次在地面实验室中成功地进行了光速测量 , 最早的结果为c=315000千米/秒。1862年 ,法国实验物理学家 J.-B.-L.傅科根据 D. F. J. 阿拉戈的设想用 旋转 镜法测得光速为 c =(298000±500)千米/秒。19世纪中叶J.C.麦克斯韦建立了电磁场理论,他根据电磁波动方程曾指出,电磁波在真空中的传播速度等于静电单位电量与电磁单位电量的比值,只要在实验上分别用这两种单位测量同一电量(或电流),就可算出电磁波的波速。1856年,R.科尔劳施和W.韦伯完成了有关测量,麦克斯韦根据他们的数据计算出电磁波在真空中的波速值为 3.1074×105千米/秒 ,此值与菲佐的结果十分接近,这对人们确认光是电磁波起过很大作用。

  1926年 ,美国物理学家 A.A. 迈克耳孙改进了傅科的实验,测得c=(299796±4)千米/秒 ,他于1929年在真空中重做了此实验,测得c=299774千米/秒 。后来有人用光开关(克尔盒)代替齿轮转动以改进菲佐的实验,其精度比旋转镜法提高了两个数量级。1952年,英国实验物理学家K.D.费罗姆用微波干涉仪法测量光速,得c=(299792.50±0.10)千米/秒 。 此值于1957年被推荐为国际推荐值使用 ,直至1973年。

  1972年 ,美国的 K.M.埃文森等人直接测量激光频率γ和真空中的波长λ,按公式c=γλ算得c=( 299792458 ±1.2 )米/秒 。1975年第15届国际计量大会确认上述光速值作为国际推荐值使用。1983年17届国际计量大会通过了米的新定义 ,在这定义中光速 c= 299792458 米/秒为规定值 ,而长度单位米由这个规定值定义。既然真空中的光速已成为定义值,以后就不需对光速进行任何测量了。

  介质中的光速 不同介质中有不同的光速值。1850年菲佐用齿轮法测定了光在水中的速度,证明水中光速小于空气中的光速。几乎在同时,傅科用旋转镜法也测量了水中的光速,得到了同样结论。这一实验结果与光的波动说相一致而与牛顿的微粒说相矛盾(解释光的折射定律时),这对光的波动本性的确立在历史上曾起过重要作用。1851年,菲佐用干涉法测量了运动介质中的光速,证实了 A.-J. 菲涅耳的曳引公式。

  书中说,光速是3乘10的8次方米每秒。

  光在不同介质中的速度

  光在水中的速度:2.25×10^8m/s。

  光在玻璃中的速度:2.0×10^8m/s。

  光在冰中的速度:2.30×10^8m/s。

  光在空气中的速度:3.0×10^8m/s。

  光在酒精中的速度:2.2×10^8m/s。

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