跟着科学家去追光

北冰洋

校运会上，你跑100米的速度是多少？体育老师通过秒表就能测量出来。高速路上，你爸爸开车的速度又是多少？交通系统通过雷达测速仪就能测量出来。可若是要让你来测量光的速度，你该如何应对呢？

别急，这项任务本来就不简单。在人类发展史上，有很多科学家都曾为此绞尽脑汁。让我们一起来看看他们是怎么干的吧！

伽利略：光瞬间跨越山峰，我抓不住

在很早的时候，古代的学者们认为光的速度是无限快的，因为人们一睁开眼，就能看见遥远的星星。到了17 世纪，伽利略才提出了不同的观点。他认为光的速度是有限的，并且可以测量。

伽利略进行了世界上第一个测量光速的实验。他带着几个助手分别登上了两座相距几公里的山峰，并各自点亮了一盏灯。然后，伽利略遮住了灯。根据实验的设想，当另一座山峰上的助手看到伽利略这边的灯被遮住之后，立马也会遮住自己那边的灯。如此一来，伽利略根据这个时间差和两座山峰之间的距离，就可以计算出光的速度了。

可惜，伽利略并没有通过这个实验测量出光的速度。因為这段距离对光来说太短了，现在的我们已经知道，光只需要一秒，就可以环绕地球赤道7 圈半，而在当时，以人的反应速度和测量设备根本无法得出准确的数据。“即使光速是有限的，也一定快到不可思议。”伽利略感慨。

罗默：追光，我靠星星来试试

科学家们意识到，光速这么快，用传统的测量方法是行不通的。那么，是否可以在更大的尺度上来尝试呢？于是，他们仰头看向了天上的星星。

当时的天文学家已经知道，每当木星的卫星之一“木卫一”绕木星一周，就会在进入木星的影子处发生一次“木卫一蚀”，类似于月蚀。这个过程，可以类比为伽利略的助手去到了木卫一附近，把它遮住了。丹麦天文学家罗默决定利用这个天文现象来测量光速。1676 年，罗默对“木卫一”进行了长期的观测。他发现“木卫一蚀”的发生时间与地球和木星的距离有关：当地球靠近木星时，提前发生；当地球远离木星时，延后发生。实际看到“木卫一蚀”的时间通常比推算的时间要晚十几分钟。

罗默预言：在1676 年11 月9 日上午5 时25 分发生的“木卫一蚀”将推迟10 分钟。最终，观测结果证实了他的预言。他还推断，这是因为光需要花费一定时间才能从木卫一传播到地球上的观察者眼中。他据此估算出了光速约为每秒21 万公里。罗默利用天体运动来测量光速的方法得到了广泛的认可和支持。借鉴这个方法，牛顿还测量出光从太阳发射到地球需要8 分钟的时间。这让那个年代的人们第一次意识到：他们看到的太阳其实是8 分钟以前的太阳。

到了18 世纪，英国物理学家布拉德雷通过观察恒星位置随季节变化而产生的微小摆动现象，并进一步改进罗默的方法，测量到了更精确的光速——每秒30万公里。

斐索：追光，有齿轮就行

每秒30 万公里已经是光速的一个较为精确的数据，但科学家们对于光速的测量没有停止。

18 世纪，法国物理学家阿曼德·斐索发明了齿轮旋转法来测量光速。他利用旋转的齿轮和镜子来打断和反射一束光，并根据光在不同位置出现的时间差来计算光速。在没有任何先进仪器的帮助下，斐索计算出光速约为每秒31.33 万公里。这是光速测量史的开创之举。

19 世纪末，美国物理学家迈克尔逊与莫雷合作，他们试图找到光是靠什么介质来传播的，是不是通过“以太”来传播。然而，他们的实验却证明了“以太”并不存在，光速似乎是一个恒定的值。迈克尔逊一次又一次改进齿轮旋转法，获得光速值为每秒299853±30 公里。这是当时最精确的纪录。

至此，光速的测量告一段落。

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1905 年，爱因斯坦受到迈克尔逊- 莫雷实验的启发，提出了狭义相对论。他假设光速是不变的，并且还不受观察者的运动状态影响。这一理论成为现代物理学的基石之一。

光速，已是定义

进入20 世纪后，随着雷达和激光等技术的发展，人类对于光速有了非常精确的测量结果。光速，最终也成为物理学的一个定义值。

1973 年，在第14 届国际计量大会上，《米制公约》修订通过了一个重要决议：将光在真空中行进1/299792458 秒内的距离定义为1 米。这样，就把米与真空中的光速c 联系在了一起，使得1 米成为一个精确的常数，不再需要测量。

于是，光速c =299792458m/s。怎么样，你记住了吗？