怎么测太阳光速???

发布网友 发布时间：2022-05-02 12:42

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热心网友 时间：2022-06-20 02:59

早期 早期的一些物理学家，包括弗兰西斯·培根、约翰内斯·开普勒和勒内·笛卡儿在内 [3] ，普遍认为，光速是无限的。最早在1629年艾萨克·毕克曼提出一项试验，一人将遵守闪光灯一炮反映过一面镜子，约一英里，以测量光速。伽利略认为光速是有限的，1638年他请二个人提灯笼各爬上相距仅约一公里的山上，第一个人掀开灯笼，并开始计时，对面山上的人看见亮光后掀开灯笼，第一个人看见亮光后，停止计时，这是史上著名的测量光速的掩灯方案，但由于光速实在太快，所以实验没有成功。 天文观测法 罗默从地球观测木卫一的掩蔽来测量光速。 1676年奥勒·罗默使用望远镜研究木星的卫星艾欧的运动，第一次定量的估计出光速。艾欧的公转轨道可以用来计算时间，因为它会规律的进入木星的阴影中一段时间（图中的C至D）。罗默观测到当地球在最接近木星时（H点），艾欧的公转周期是42.5小时，当地球远离木星时（从L至K），艾欧从阴影中出现的时间会比预测的越来越晚，很明显的是因为木星与地球的距离增加，使得"信号"要花更多的时间传递。光要通过行星之间增加的距离，使得计时的信号在第一次和下一次之间因而延长了额外的时间。当地球向木星接近时（从F到G），情形则正好相反。罗默观测到艾欧在接近的40个轨道周期中周期比远离的40个轨道周期缩短了22分钟 [4] 。以这些观测为基础，罗默认为在80个轨道周期中光线要多花费22分钟行走艾欧与地球之间增加的距离 [4] 。这意味着从L至K和F至G，地球经历了80个艾欧轨道周期（42.5小时）的时间，光线只要花22分钟。这对应于一个地球在轨道上绕着太阳运动和光速之间的一个比例： 意味着光速是地球的轨道速度的9,300倍，与现在的数值10,100倍比较，相差无几。 在当时，天文单位的估计数值是大约1亿4千万公里。克里斯蒂安·惠更斯结合了天文单位和罗默的时间估计，每分钟的光速是地球直径的1,000倍，他似乎误解了罗默22分钟的意思，以为是横越地球轨道所花费的时间 [4] 。这相当于每秒220,000公里（136,000英里），比现在采用的数值低了26%，但仍比当时使用其他已知的物理方法测得的数值为佳。 艾萨克·牛顿也接受光速是有限的观念，在他1704年出版的书光学中，他提出光每秒钟可以横越地球16.6次（相当于210,000公里/秒，比正确值低了30%）。这似乎是他自己的推断（不能确知他是否有引用或参考罗默的数据）。罗默随后依据同样的原理观察木星表面上的斑点在自转周期上的变化，也观察其他三颗伽利略卫星的相同现象。但是因为这种观测是很困难的，因而日后被其他的方法所取代。. 即使如此，靠着这些观测，光速是有限的仍不能被大众满意的接受（著名的有吉恩·多米尼克·卡西尼），直到在詹姆斯·布雷德里（1728）的观测之后，光速是无限的想法才被扬弃。布雷德里推论若光速是有限的，则因为地球的轨道速度，会使抵达地球的星光有一个微小角度的偏折，这就是所谓的光行差，它的大小只有1/200度。布雷德里计算的光速为298,000公里/秒（185,000英里/秒），这与现在的数值只有不到1%的差异。光行差的效应在19世纪已经被充分的研究，最著名的学者是瓦西里·雅可夫列维奇·斯特鲁维和de:Magnus Nyrén。 机械测量 1849年，阿曼德·斐索用旋转齿轮法求得 c = 3.153×10 8 m/s。他是第一位用实验方法，测定地面光速的实验者。实验方法大致如下： 光从半镀银面反射后，经高速旋转的齿轮投向反射镜，再沿原路返回。如果齿轮转过一齿所需的时间，正好与光往返的时间相等，就可透过半镀银面观测到光，从而根据齿轮的转速计算出光速。 1862年，莱昂·傅科用旋转镜法测空气中的光速，原理和斐索的旋转齿轮法大同小异，他的结果是 c = 2.98 × 10 8 m/s。 第三位在地面上测到光速的是考尔纽（M.A.Cornu）。1874年他改进了斐索的旋转齿轮法，得 c = 2.9999 × 10 8 m/s。 阿尔伯特·迈克耳孙改进了傅科的旋转镜法，多次测量光速。1879年，得 c = (2.99910±0.00050) ×10 8 m/s；1882年得 c = (2.99853±0.00060) × 10 8 m/s。 后来，他综合旋转镜法和旋转齿轮法的特点，发展了旋转棱镜法，1924～1927年间，得 c = (2.99796±0.00004) × 10 8 m/s。 迈克耳孙在推算真空中的光速时，应该用空气的群速折射率，可是他用的却是空气的相速折射率。这一错误在1929年被伯奇发觉，经改正后，1926年的结果应为 c = (2.99798±0.00004) × 10 8 m/s = 299798±4 km/s。 后来，由于电子学的发展，用克尔盒、谐振腔、光电测距仪等方法，光速的测定，比直接用光学方法又提高了一个数量级。 60年代雷射器发明，运用稳频雷射器，可以大大降低光速测量的不确定度。 1973年达0.004 ppm，终于在1983年第十七届国际计量大会上作出决定，将真空中的光速定为精确值。 光速测量年表 年代 主持人 方式 光速（km/s） 不确定度（km/s） 1907 Rosa、Dorsey Esu/emu* 299784 15 1928 Karolus 等 克尔盒 299786 15 1947 Essen 等 谐振腔 299792 4 1949 Aslakson 雷达 299792.4 2.4 1951 Bergstand 光电测距仪 299793.1 0.26 1954 Froome 微波干涉仪 299792.75 0.3 1964 Rank 等 带光谱 299792.8 0.4 1972 Bay 等 稳频氦氖雷射器 299792.462 0.018 1973 平差 299792.4580 0.0012 1974 Blaney 稳频CO 2 雷射器 299792.4590 0.0006 1976 Woods 等 299792.4588 0.0002 1980 Baird 等 稳频氦氖雷射器 299792.4581 0.0019 1983 国际协议 （规定） 299792.458 （精确值） esu即electrostatic units的缩写；emu为electromagnetic units的缩写。 转自中文wiki