測量光速

　　1607年，意大利的伽利略，第一個用速度公式測量光速。他讓兩個人站在相距1.5千米的兩個山頭上，每人手提一盞前面有蓋的信號燈。實驗開始，第一個人先打開燈蓋，對方看到燈光，也馬上打開燈蓋，把光和信號傳回來。伽利略指出：測出這段時間，就能計算出光速。
　　可是，實驗失敗了。我們現在已經知道，光在1.5千米的距離上往返一次，只需要十萬分之一秒。這樣短暫的時間，一般鐘表根本無法測出來，而且開燈、看表造成的誤差，會比光在兩座山中間傳播的時間大很多倍。光速太快，要想利用速度公式測量，就要大大地加大距離。地面上找不到那么長的直線距離，于是人們想到天空，利用天體的光現象來測量。
　　17世紀70年代，不滿30歲的丹麥天文學家羅默對木星和它的衛星進行了長期的觀測。木衛星每42個多小時圍繞木星轉一圈。每當木衛星轉到木星背面去的時候，我們就看不見它了。這叫“衛星蝕”。羅默發現，在一年當中，每次衛星蝕出現的周期是不同的，周期最長的一次要比最短的那次長1000多秒。這個現象使羅默十分驚異，他經過仔細的研究，得出了一個結論：這是由于地球和木星之間的距離變化造成的。當地球運行到太陽的另一邊時，地球和木星之間的距離增大，所以我們看到衛星蝕的時間也長1000多秒。那么，究竟運行了多遠呢？這個距離大約相當于地球繞太陽公轉的軌道直徑。根據當時已經知道的數據，羅默算出光速為225 000千米/秒。這是人類第一次從天空中測得的光速。但是，由于太陽在運動，地球在運動，木星和木星的衛星也在運動，它們之間的距離時刻都在變化。這樣測得的光速精確程度很差。
　　1849年，剛滿30歲的法國物理學家菲索，仔細研究了伽利略測光速的實驗以后，覺得他應用的原理完全正確，只是方法不夠科學。菲索也是第一次在地面上設計實驗裝置來測定光速。他的方法原理與伽利略的相類似。他將一個點光源放在透鏡的焦點處，在透鏡與光源之間放一個齒輪，在透鏡的另一測較遠處依次放置另一個透鏡和一個平面鏡，平面鏡位于第二個透鏡的焦點處。點光源發出的光經過齒輪和透鏡后變成平行光，平行光經過第二個透鏡后又在平面鏡上聚于一點，在平面鏡上反射后按原路返回。由于齒輪有齒隙和齒，當光通過齒隙時觀察者就可以看到返回的光，當光恰好遇到齒時就會被遮住。從開始到返回的光第一次消失的時間就是光往返一次所用的時間，根據齒輪的轉速，這個時間不難求出。通過這種方法，菲索測得的光速是315 000千米/秒。人們稱贊他是“第一個捕捉住光的人”。
　　1923年，邁克爾遜集中了菲索等人實驗裝置的優點，特制了一個八角棱鏡，讓它旋轉起來計時。在美國加利福尼亞州兩個相距35.4千米的山頭上，做了一個十分成功的實驗，測出了光在空氣中的傳播速度。后來，他又把一個長1600米的管子抽去其中空氣，讓光在管子里往返10次，測出了光在真空中的速度。他去世后第三年，公布了當時測得的最佳數字：光在真空中的速度是299 796千米/秒。
　　隨著科學技術的進步，光速測定也越來越精確。目前公認，光在真空中的傳播速度為299 792.45千米/秒，可以取作300 000千米/秒，在空氣中光的傳播速度比在真空中每秒要慢67千米，由于這個差很小，一般可以把它們看成近似相等。
　　編輯/劉鵬