170年前,拿个齿轮就想测量光速,这人的脑子是不是坏了?
你知道每秒约30万公里的光速,是如何测算出来的吗?
1638年,意大利物理学家伽利略带着助手各自登上了两座山峰,他们手里拿着光源和挡光板,想通过观察光线从一座山峰跑到另一座山峰,所需要的时间来测算光速。
但遗憾的是,伽利略的实验并没有成功,他没有测出光线在两座山峰之间跑个来回,有任何微弱的延迟。
虽然实验以失败告终,但伽利略得出结论光的传播速度,肯定快得无法想象!
1676年,丹麦天文学家奥勒罗默通过观测木星与木卫一公转周期的时间差,测算出光绕行地球一圈所花的时间,竟然还不到一秒(实际上,光1秒可绕行地球约7。5圈)。
并且,奥勒罗默首次提出,光速为每秒约22。5万公里。
罗默的观测数据虽然得到了牛顿、惠更斯等科学巨匠的支持,但所有人都知道,这个数据跟光速的真相,依然存在着很大的差距。
两百年后,法国物理学家阿曼德斐索,利用他发明的齿轮旋转法来测算光速。
斐索在光源和一面反射镜之间放置了一个齿轮。
原理是这样的:齿轮在静止的状态下,光线通过齿缝照射到对面的反射镜之后,会通过原路反射回来。
当齿轮开始转动,并达到一定的转速之后,光线在返回时,原先的齿缝刚好转过,光线就会打在齿轮上而无法通过。
如果继续将齿轮的转速加快,此时光线就会穿过下一个齿缝再次反射回来。
但经过几次实验失败之后斐索发现,因为光速实在太快,实验距离、齿数、和转速都达不到要求,齿轮根本挡不住光线。
也就是说,即便是齿轮高速转动,光线依旧能够通过原先的齿缝。
无奈之下,斐索只能不断延长实验距离和齿数,以及提高齿轮的转速,希望能挡住反射回来的光线。
于是,光源到反射镜之间的距离被拉长到了八公里,齿轮的齿数也被增加到了720齿,转速更是达到了惊人的每秒12。67转。
终于,斐索的齿轮旋转法成功了!
光线被反射回来后,因为距离、齿数、和转速的增加,光线错过了原先的那个齿缝而被齿轮挡住。
而当齿轮的转速再次被提高一倍之后,光线又能从下一个齿缝中反射回来。
实验说明,只要将齿轮的转速、齿数、以及光源到反射镜之间的距离加以运算,就可以计算出光速了。
1849年,在没有任何先进仪器的帮助下,斐索通过他的齿轮旋转法,终于成功地计算出光速为每秒约31。5万公里。
这一结论跟170多年后,今天所测量出的光速为每秒约30万公里的结果,误差几乎是微乎其微。
光速的测量给近代宇宙探索提供了有力的基础支持,让后来的科学家们能够更加精确地计算出宇宙天体之间的距离,物质运动的时间,甚至是可观测宇宙的直径。
人类科学的发展,离不开那些伟大的科学家!