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光的传播不需要时间

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online_member 发表于 2021-10-23 15:38:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
“光的传播是不需要时间的。”当你听了这句话之后,一定会觉得不可思议,可是,天文学家开普勒,数学家、哲学家笛卡儿等一些大科学家都这样认为。为什么会产生这种错误的结论呢?主要是光速太快了。
后来,伽利略却认为,光的传播仍然需要时间。他提出了一个测量方法:两个人分别提一盏闪光灯站在相距甚远的两个山头上,甲先举灯闪光,并从闪光时开始计时。当乙看到甲灯闪光时马上举灯闪光,在甲看到乙灯闪光时,结束计时。这样就知道了光往返两个山头所用的时间,用这个时间去除两山头距离的2倍,就可算出光的速度了。
光的传播速度实在是太快了,光往返于两个山头的时间太短,比人看到对方灯亮后再举起自己的灯并让它闪光的时间还要短,所以伽利略用“举灯法”测量光速是不行的。
要想测出光传播的时间,必须让光通过很长很长的距离才行,既然在地球上的距离仍嫌太短,就要利用天上的星星,利用天体发生的现象去测量光速。伽利略也曾经这样设想过,丹麦天文学家罗默第一个测出了光速的数值,尽管误差很大,但却是人类第一次测光速的尝试。
法国物理学家菲佐说:“我要在地面上精确地测量光速。”后来他设计出巧妙的方法,成为在地面条件下测量光速的第一个人。
关键在于如何测量极短极短的时间。他在一个山顶安放了光源和一个高速旋转的齿轮。在5英里(合8.633千米)以外的另一个山头安放了一面镜子。让光源发出的光通过齿孔(假定是A和B两齿的齿孔)射出去,射到镜子上再原路反射回来。当齿轮不动时,返回的光仍能通过齿孔;当齿轮转动时,就会被挡住,使观察者看不到反射光。但如果齿轮转速加快,达到一定转速,会在光线返回齿轮时,B齿恰好转到原来发光时A齿的位置,反射光线正好又遇到齿孔;通过齿孔,又使观察者看到光。
菲佐在实验中所用的齿轮有720个齿,当转速达到12.6转/秒时,反射光线恰好回到齿孔。他根据这几个数据,就算出了光的速度为313300千米/秒。这个测量数据在当时已是相当精确的了。
现在的公认值,光在真空中的速度是:
C=299792.458±0.01千米/秒
菲佐在实验中就已知齿轮转速是12.6转/秒,可知齿轮每转一周所用的时间为1/12.6秒,每转过一个齿所用的时间为1/(12.6×720×2)秒。这里应该注意到,这个齿轮的每一个齿只占周长的1/(2×720),而不是1/720,一个齿和一个齿孔加在一起才占周长的1/720。光的总路程是:
2×8.633千米。那么,光速为:C=s/t=(2×8.633)×(12.6×720×2)千米/秒。
【万象思维】
光的传播速度很快,光在1秒钟内传播的距离相当于绕地球7圈半。
【眼界扩展】
光的直线传播规律——光在同种均匀介质中是沿直线传播的。同种、均匀两个条件必须同时满足。光在同种不均匀介质中传播会发生弯曲,海市蜃楼、天体位置的视差等,都是由于大气层不均匀使光折射造成的现象。
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