光速測量。。。知識(shí)講解.doc

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1、光速測量。。。精品文檔　　人類最早對于光速的測量始于伽利略。　　最早光速的準(zhǔn)確數(shù)值是通過觀測木星對其衛(wèi)星的掩食測量的。還有轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪法、轉(zhuǎn)鏡法、克爾盒法、變頻閃光法等光速測量方法?！　?983年，光速取代了保存在巴黎國際計(jì)量局的鉑制米原器被選作定義“米”的標(biāo)準(zhǔn)，并且約定光速嚴(yán)格等于299,792,458米/秒，此數(shù)值與當(dāng)時(shí)的米的定義和秒的定義一致。后來，隨著實(shí)驗(yàn)精度的不斷提高，光速的數(shù)值有所改變，米被定義為1/299,792,458秒內(nèi)光通過的路程。　　根據(jù)現(xiàn)代物理學(xué)，所有電磁波，包括可見光，在真空中的速度是常數(shù)，即是光速。強(qiáng)相互作用、電磁作用、弱相互作用傳

2、播的速度都是光速，根據(jù)廣義相對論，萬有引力傳播的速度也是光速，且已于2003年得以證實(shí)。根據(jù)電磁學(xué)的定律，發(fā)放電磁波的物件的速度不會(huì)影響電磁波的速度。結(jié)合相對性原則，觀察者的參考坐標(biāo)和發(fā)放光波的物件的速度不會(huì)影響被測量的光速，但會(huì)影響波長而產(chǎn)生紅移、藍(lán)移。這是狹義相對論的基礎(chǔ)。相對論探討的是光速而不是光，就算光被稍微減慢，也不會(huì)影響?yīng)M義相對論?！　〉溙煳膶W(xué)家羅默從地球觀測木衛(wèi)一的掩蔽來測量光速?！　?676年奧勒·羅默使用望遠(yuǎn)鏡研究木星的衛(wèi)星艾歐的運(yùn)動(dòng)，第一次定量的估計(jì)出光速。艾歐的公轉(zhuǎn)軌道可以用來計(jì)算時(shí)間，因?yàn)樗鼤?huì)規(guī)律的進(jìn)入木星的陰影中一段時(shí)間（圖中的

3、C至D）。羅默觀測到當(dāng)?shù)厍蛟谧罱咏拘菚r(shí)（H點(diǎn)），艾歐的公轉(zhuǎn)周期是42.5小時(shí)，當(dāng)?shù)厍蜻h(yuǎn)離木星時(shí)（從L至K），艾歐從陰影中出現(xiàn)的時(shí)間會(huì)比預(yù)測的越來越晚，很明顯的是因?yàn)槟拘桥c地球的距離增加，使得"信號(hào)"要花更多的時(shí)間傳遞。光要通過行星之間增加的距離，使得計(jì)時(shí)的信號(hào)在第一次和下一次之間因而延長了額外的時(shí)間。當(dāng)?shù)厍蛳蚰拘墙咏鼤r(shí)（從F到G），情形則正好相反。羅默觀測到艾歐在接近的40個(gè)軌道周期中周期比遠(yuǎn)離的40個(gè)軌道周期縮短了22分鐘。以這些觀測為基礎(chǔ)，羅默認(rèn)為在80個(gè)軌道周期中光線要多花費(fèi)22分鐘行走艾歐與地球之間增加的距離。這意味著從L至K和F至G，地球經(jīng)歷了

4、80個(gè)艾歐軌道周期（42.5小時(shí)）的時(shí)間，光線只要花22分鐘。這對應(yīng)于一個(gè)地球在軌道上繞著太陽運(yùn)動(dòng)和光速之間的一個(gè)比例（如右圖）。意味著光速是地球的軌道速度的9,300倍，與現(xiàn)在的數(shù)值10,100倍比較，相差無幾?！　≡诋?dāng)時(shí)，天文單位的估計(jì)數(shù)值是大約1億4千萬公里?？死锼沟侔病せ莞菇Y(jié)合了天文單位和羅默的時(shí)間估計(jì)，每分鐘的光速是地球直徑的1,000倍，他似乎誤解了羅默22分鐘的意思，以為是橫越地球軌道所花費(fèi)的時(shí)間。這相當(dāng)于每秒220,000公里（136,000英里），比現(xiàn)在采用的數(shù)值低了26%，但仍比當(dāng)時(shí)使用其他已知的物理方法測得的數(shù)值為佳?！　“_克·牛

5、頓也接受光速是有限的觀念，在他1704年出版的書光學(xué)中，他提出光每秒鐘可以橫越地球16.6次（相當(dāng)于210,000公里/秒，比正確值低了30%）。這似乎是他自己的推斷（不能確知他是否有引用或參考羅默的數(shù)據(jù)）。羅默隨后依據(jù)同樣的原理觀察木星表面上的斑點(diǎn)在自轉(zhuǎn)周期上的變化，也觀察其他三顆伽利略衛(wèi)星的相同現(xiàn)象。但是因?yàn)檫@種觀測是很困難的，因而日后被其他的方法所取代。.　　即使如此，靠著這些觀測，光速是有限的仍不能被大眾滿意的接受（著名的有吉恩·多米尼克·卡西尼），直到在詹姆斯·布雷德里（1728）的觀測之后，光速是無限的想法才被揚(yáng)棄。布雷德里推論若光速是有限的，

6、則因?yàn)榈厍虻能壍浪俣?，?huì)使抵達(dá)地球的星光有一個(gè)微小角度的偏折，這就是所謂的光行差收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔，他的大小只有1/200度。布雷德里計(jì)算的光速為298,000公里/秒（185,000英里/秒），這與現(xiàn)在的數(shù)值只有不到1%的差異。光行差的效應(yīng)在19世紀(jì)已經(jīng)被充分的研究，最著名的學(xué)者是瓦西里·雅可夫列維奇·斯特魯維和de:MagnusNyrén?！　?849年，法國物理學(xué)家A.H.L.菲佐用旋轉(zhuǎn)齒輪法首次在地面實(shí)驗(yàn)室中成功地進(jìn)行了光速測量，最早的結(jié)果為c=315000千米/秒。1862年，法國實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家J.-B.-L.傅科根據(jù)D.

7、F.J.阿拉戈的設(shè)想用旋轉(zhuǎn)鏡法測得光速為c=(298000±500)千米/秒。19世紀(jì)中葉J.C.麥克斯韋建立了電磁場理論，他根據(jù)電磁波動(dòng)方程曾指出，電磁波在真空中的傳播速度等于靜電單位電量與電磁單位電量的比值，只要在實(shí)驗(yàn)上分別用這兩種單位測量同一電量(或電流)，就可算出電磁波的波速。1856年，R.科爾勞施和W.韋伯完成了有關(guān)測量，麥克斯韋根據(jù)他們的數(shù)據(jù)計(jì)算出電磁波在真空中的波速值為3.1074×105千米/秒，此值與菲佐的結(jié)果十分接近，這對人們確認(rèn)光是電磁波起過很大作用?！　?926年，美國物理學(xué)家A.A.邁克耳孫改進(jìn)了傅科的實(shí)驗(yàn)，測得c=(29979

8、6±4)千米/秒，他于1929年在真空中重做了此實(shí)驗(yàn)，測得c=29