野识推介371:光速是怎么测量出来的?【科普001】!
一、早期尝试(定性)
@伽利略(1607):两人相距数公里,各持灯笼;一人遮灯,另一人见光即遮灯,测延迟算光速——因光速太快、计时粗糙,失败 。
二、天文学法(首次定量)
@罗默(1676):观测木星卫星木卫一掩食;地球绕日公转,与木星距离变化,掩食时刻有16分钟延迟——此为光穿越地球轨道直径(约3亿公里)的时间,算出c≈22万公里/秒(数量级对,精度有限)。
三、地面机械法(精准地面测量)
@ 斐索(1849,旋转齿轮法):光源→半透镜→旋转齿轮→8km外反射镜→原路返回;转速足够时,出射齿缝的光返回被齿挡住,此时光往返时间=齿轮转1齿的时间;算出c≈31.3万公里/秒(误差约5%),是首个地面测光速成功案例。
@傅科(1850,旋转镜法):用旋转平面镜替代齿轮,光程更长、计时更准;还证明光在水中速度更慢,支持波动说;测得c≈29.8万公里/秒 。
@迈克尔逊(1879起,旋转八面棱镜):正八面钢棱镜高速旋转,光经棱镜→远镜→反射镜→返回棱镜;转速精确时,返回光恰好入射下一棱镜面;多次改进,1926年测得c≈299796公里/秒,精度极高 。
四、现代精确法(奠定标准值)
@微波谐振腔(1950,埃森):微波在腔中谐振,测腔长→波长、频率计→频率,由c=λ·f算出;精度达10⁻⁷,给出c≈299792.5公里/秒 。
@激光干涉+铯钟(1972,NIST):1.6km真空管中,氦氖激光经干涉仪分束,用铯原子钟(精度10⁻¹⁰)测往返时间;测得c≈299792456.2米/秒,与现代定义仅差1.8米/秒 。
五、最终定义(1983)
@国际计量大会规定:真空中光速c=299792458米/秒(精确值);并以光速重新定义米:1米是光在真空中1/299792458秒内走过的距离 。
核心逻辑(一句话)
@光速测量本质是测光走固定距离的时间(或测波长与频率),从天文尺度到机械装置,再到现代精密仪器,精度持续提升,最终成为定义长度的基准。
你能动手做“旋转齿轮法”家庭简易版(材料、步骤、计算式),你在家就能估算光速?
强烈建议这些内容让中小学生早点知晓!!!
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