光速是怎样测出来的

2019-11-05 17:55栏目:数理科学
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真空中的光速是最古老的物理常量之一。伽利略曾经建议,使光行一段7.5千米的路程以测定其速度,但因所用的设备不完善而未成功。

1676年,丹麦天文学家罗迈第一次提出了有效的光速测量方法──利用木星卫星的成蚀。惠更斯根据罗迈提出的数据和地球的半径,第一次计算出了光的传播速度约为200000千米/秒;1728年,英国天文学家布拉德雷得出光速为310000千米/秒;1849年,法国人菲索测得光速是315000千米/秒;1850年,法国物理学家傅科测出光速是298000千米/秒;1874年,考尔纽测得光速为299990千米/秒。接下来以光速测定为终身目标的是迈克耳孙。

迈克耳孙1873年毕业于美国海军学院,并留校教物理和化学。大约在5年后,开始进行光速的测量工作,随后游学欧洲,在德国和法国学习光学。回国后离开海军成为凯斯学院物理学教授。迈克耳孙因为精密光学仪器和和借助这些仪器进行的光谱学和度量学的研究工作作出的贡献获得1907年的诺贝尔物理学奖。

迈克耳孙自己设计了旋转镜和干涉仪,用以测定微小的长度、折射率和光波波长。1879年,他得到的光速为299910±5千米/秒;1882年,他得到的光速为299853±6千米/秒。这个结果被公认为国际标准,沿用了40年。迈克耳孙最后一次测量光速在加利福尼亚两座相差35千米的山上进行的,光速测量精确度最后达到了299798±4千米/秒。他就在这次测量过程中中风,于1931年去世。

在激光得以广泛应用以后,开始利用激光测量光速。其方法是测出激光的频率和波长,应用c=λν计算出光速c,目前这种方法测出的光速是最精确的。根据1975年第15届国际计量大会决议,把真空中光速值定为c=299 792 458米/秒。在通常应用多取c=3×108米/秒。

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