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光速是宇宙中最重要的物理常数之一。从十七世纪开始,科学家们就开始尝试测量这个神秘的数值。光速的测量不仅推动了物理学的发展,也为我们理解宇宙奠定了基础。
一六七六年,丹麦天文学家罗默通过观察木星卫星木卫一的掩食现象,首次证明了光速是有限的。他发现当地球距离木星较近时,观测到的掩食时间比预测的要早;而当地球距离木星较远时,观测到的掩食时间比预测的要晚。这个时间差正是光传播额外距离所需的时间。
一八四九年,法国物理学家斐索设计了第一个地面光速测量实验。他使用高速旋转的齿轮作为快门,让光束穿过齿隙射向远处的反射镜。通过精确调节齿轮的转速,使得返回的光束恰好被下一个齿遮挡住。根据齿轮转速、齿数和光传播距离,斐索计算出光速约为三十一万五千公里每秒。
一八五零年,法国物理学家傅科改进了斐索的实验方法。他用高速旋转的平面镜替代了齿轮装置。当光束射向旋转镜并反射到远处的固定镜面时,在光往返的过程中,旋转镜发生了微小的转动,这使得返回的光束产生了角度偏移。通过精确测量这个偏转角度,傅科得到了约二十九万八千公里每秒的光速值,比斐索的结果更加精确。
光速的测量历程展现了科学技术的不断进步。从罗默的天文观测到斐索和傅科的地面实验,每一次改进都提高了测量精度。现代科学技术使光速测量达到了极高的精度。一九八三年,国际计量大会将真空中的光速定义为二十九万九千七百九十二万四千五百八十八米每秒的精确值。光速不再是一个需要测量的量,而是成为了定义米这一长度单位的基础。