大家都知道：光的傳播速度非�？�，一秒鐘就能走30萬公里，可以繞地球七圈半。這么快的速度，人類是如何測量的呢？

在古希臘時(shí)代，對于光速到底是什么，人們并不是很清楚，因此一些科學(xué)家——比如亞里士多德等人，就認(rèn)為光速是無限大的。甚至有人認(rèn)為：光是從眼睛中發(fā)射出來的，我們一睜眼睛就能看到遙遠(yuǎn)的星星，所以光速一定是無限大的。

伽利略

文藝復(fù)興之后，近代科學(xué)的先驅(qū)伽利略在1638年做了第一個(gè)測量光速的實(shí)驗(yàn)。

伽利略和他的助手站在兩個(gè)相隔較遠(yuǎn)的山頭上，每個(gè)人手里有一盞燈。伽利略首先遮住燈，當(dāng)助手看到伽利略遮住燈之后立刻遮住自己的燈。伽利略測量從遮住燈到看到助手遮住燈相差的時(shí)間，這段時(shí)間內(nèi)光剛好在兩人之間傳播了一個(gè)來回，這樣就可以測出光速了。

顯然，因?yàn)楣馑偃绱酥�快，以至于這個(gè)實(shí)驗(yàn)根本不可能測量出光速，因?yàn)槿绻�不�?jì)兩人的反應(yīng)時(shí)間和遮住燈的時(shí)間，光傳播這段距離的時(shí)間只需要幾微秒，在當(dāng)時(shí)的設(shè)備條件下根本測不出來。伽利略也承認(rèn)，通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)他沒有測出光速，也沒有判斷出光速是有限的還是無限的結(jié)論。不過，伽利略說：“即便光速是有限的，也一定快到不可思議�！�

羅默

真正意義上的光速測量是從丹麥天文學(xué)家奧勒·羅默開始的。

1610年，伽利略利用自己改進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了木星的四顆衛(wèi)星，其中木衛(wèi)一最靠近木星，每42.5小時(shí)旋轉(zhuǎn)一圈。而且，木衛(wèi)一的軌道平面非常接近木星繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道，所以，有時(shí)候木衛(wèi)一會轉(zhuǎn)到木星背面，太陽的光無法照射到木衛(wèi)一，地球上的人就看不到這顆衛(wèi)星了，稱為木衛(wèi)一蝕。

我們來看一個(gè)示意圖，地球在繞著太陽A在圓軌道FGLK上逆時(shí)針運(yùn)動，木衛(wèi)一繞著木星B也在逆時(shí)針運(yùn)動。在木星背后CD之間是木星的陰影區(qū)，如果木衛(wèi)一進(jìn)入這部分陰影，太陽光照射不到木衛(wèi)一，人們就無法看到它的。也就是說，當(dāng)木衛(wèi)一到達(dá)C點(diǎn)時(shí)就會消失，稱為“消蹤”，如果木衛(wèi)一從陰影出來，就能夠被人觀察到，也就是木衛(wèi)一到達(dá)D點(diǎn)時(shí)就會出現(xiàn)，稱為“現(xiàn)蹤”。羅默就是利用這個(gè)現(xiàn)象測量光速的。

首先，我們研究地球靠近木星的時(shí)候發(fā)生的消蹤和現(xiàn)蹤現(xiàn)象。

當(dāng)木衛(wèi)一到達(dá)C點(diǎn)時(shí)進(jìn)入陰影，這個(gè)現(xiàn)象的光需要傳播一段距離才能到達(dá)地球。假設(shè)光從C傳播到地球時(shí)地球位于F點(diǎn)，那么人們觀察到消蹤現(xiàn)象就比木衛(wèi)一進(jìn)入陰影時(shí)間晚了一些，這段時(shí)間等于CF長度與光速之比。

當(dāng)木衛(wèi)一到達(dá)D點(diǎn)時(shí)走出陰影，重新反射太陽光。這個(gè)現(xiàn)象也需要一段時(shí)間才能到達(dá)地球。由于地球在運(yùn)動，當(dāng)這束光到達(dá)地球時(shí)假設(shè)地球位于G點(diǎn)，那么，人們觀察到現(xiàn)蹤現(xiàn)象也比木衛(wèi)一走出陰影時(shí)間晚了一些，這段時(shí)間等于DG長度與光速之比。

但是，由于CF比DG長，所以消蹤時(shí)間延遲比現(xiàn)蹤時(shí)間延遲多，即晚發(fā)現(xiàn)消蹤，早發(fā)現(xiàn)現(xiàn)蹤。消蹤與現(xiàn)蹤的時(shí)間間隔比木衛(wèi)一在陰影中的時(shí)間要短。我們可以用一個(gè)線段圖表示這個(gè)關(guān)系。

同樣，我們可以討論地球遠(yuǎn)離木星時(shí)的消蹤和現(xiàn)蹤現(xiàn)象。

如果地球到達(dá)L發(fā)現(xiàn)木星消蹤，到達(dá)K發(fā)現(xiàn)木星現(xiàn)蹤，由于地球在遠(yuǎn)離木星，所以LC的長度小于KG的長度，早發(fā)現(xiàn)消蹤，晚發(fā)現(xiàn)現(xiàn)蹤，人們觀察到消蹤和現(xiàn)蹤的時(shí)間間隔就會比木衛(wèi)一實(shí)際在木星陰影中的時(shí)間長。

1671年到1673年，羅默多次進(jìn)行了觀測，并且得出在地球遠(yuǎn)離木星時(shí)消蹤現(xiàn)蹤時(shí)間差比靠近時(shí)長了7分鐘，并得出了光的速度在十的八次方米每秒的量級。

牛頓和惠更斯這兩位科學(xué)巨匠雖然在光到底是粒子還是波的問題上爭執(zhí)不休，但是在光速測量上都支持了羅默的方法。牛頓還測量了光從太陽發(fā)射到地球需要八分鐘的時(shí)間，也就是說：我們看到的太陽是八分鐘以前的太陽。太陽如果某個(gè)時(shí)刻熄滅了，我們也只能在八分鐘之后才知道。

邁克耳孫

200年之后，第一個(gè)把光速測量精度大幅提高的人是美國物理學(xué)家邁克耳孫。

在1877到1879年，邁克耳孫改進(jìn)了傅科發(fā)明的旋轉(zhuǎn)鏡，示意圖如下：

邁克耳孫在相隔較遠(yuǎn)的兩處分別放置八面鏡M1和反射裝置M2M3，讓一束光從八面鏡中的某個(gè)面反射，經(jīng)過反射后通過M2和M3反射回八面鏡，并從另一個(gè)面反射后進(jìn)入觀察目鏡。只有在如圖所示的位置時(shí)，觀察目鏡處才會有光。如果八面鏡轉(zhuǎn)動一點(diǎn)，經(jīng)過界面1反射的光就無法照射到M2，觀察目鏡上就看不到光了。

如果讓八面鏡旋轉(zhuǎn)起來，并且角速度逐漸增大，會發(fā)現(xiàn)在某個(gè)時(shí)刻又可以從觀察目鏡中看到光了。這是因?yàn)楫?dāng)某時(shí)刻界面1剛好傾斜45度角時(shí)，光線經(jīng)過界面1反射到達(dá)M2，再返回八面鏡時(shí)，八面鏡剛好轉(zhuǎn)動一格（八分之一周期），于是界面2剛好跑到圖中3的位置，將光線反射進(jìn)入觀察目鏡。由于視覺暫留現(xiàn)象，觀察目鏡中一直可以看到光。

假設(shè)左右兩套裝置相距為L，當(dāng)八面鏡轉(zhuǎn)動周期為T時(shí)可以從觀察鏡中看到光，由于L遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它部分的長度，所以光從界面1反射到左側(cè)，再回到右側(cè)八面鏡走過的距離為S=2L

根據(jù)剛才的分析，光來回運(yùn)動一次，八面鏡剛好走過1格，時(shí)間

t=T/8

因此光的速度為

v=S/t=(2L)/(T/8)=16L/T

根據(jù)這個(gè)原理，邁克耳孫得到了光的速度為299853±60 km/s，與我們今天測量的更加精確的值非常接近。

現(xiàn)在，人們使用更加精確的方法得到光在真空中的速度為299792458m/s，并且利用光速來定義“米”的概念。1米就等于光在真空中傳播299792458分之一秒內(nèi)傳播的距離。

如果距離非常大，人們就使用光年的概念：1光年等于光在一年中走過的距離，大約十的十六次方米。我們能看到幾百萬光年之外的恒星，那是因?yàn)槟切┖阈窃缭趲装偃f年前就開始發(fā)光了，直到今天它們發(fā)的光才到達(dá)地球。換句話說，我們看到的是它們幾百萬年前的樣子，今天它還存在不存在，還是個(gè)未知數(shù)呢！

光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光的偏振現(xiàn)象進(jìn)而說明光是橫波．而光以有限速度傳播以及光速的精確測定，在建立光的電磁波學(xué)說方面也曾起了重大的作用．光速是物理學(xué)中最重要的基本常數(shù)之一，也是所有各種頻率的電磁波在真空中的傳播速度．狹義相對論認(rèn)為：任何信號和物體的速度都不能超過真空中的光速．在折射率為n的介質(zhì)中，光的傳播速度為：v=c/n．在光學(xué)和物理學(xué)的發(fā)展歷史上，光速的測定，一直是許多科學(xué)家為之探索的課題．許多光速測量方法那巧妙的構(gòu)思、高超的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一直在啟迪著后人的物理學(xué)研究．歷史上光速測量方法可以分為天文學(xué)測量方法、大地測量方法和實(shí)驗(yàn)室測量方法等．

一、光速測定的天文學(xué)方法

1．羅默的衛(wèi)星蝕法

光速的測量，首先在天文學(xué)上獲得成功，這是因?yàn)橛钪鎻V闊的空間提供了測量光速所需要的足夠大的距離．早在1676年丹麥天文學(xué)家羅默（1644—1710）首先測量了光速．由于任何周期性的變化過程都可當(dāng)作時(shí)鐘，他成功地找到了離觀察者非常遙遠(yuǎn)而相當(dāng)準(zhǔn)確的“時(shí)鐘”，羅默在觀察時(shí)所用的是木星每隔一定周期所出現(xiàn)的一次衛(wèi)星蝕．他在觀察時(shí)注意到：連續(xù)兩次衛(wèi)星蝕相隔的時(shí)間，當(dāng)?shù)厍虮畴x木星運(yùn)動時(shí)，要比地球迎向木星運(yùn)動時(shí)要長一些，他用光的傳播速度是有限的來解釋這個(gè)現(xiàn)象．光從木星發(fā)出（實(shí)際上是木星的衛(wèi)星發(fā)出），當(dāng)?shù)厍螂x開木星運(yùn)動時(shí)，光必須追上地球，因而從地面上觀察木星的兩次衛(wèi)星蝕相隔的時(shí)間，要比實(shí)際相隔的時(shí)間長一些；當(dāng)?shù)厍蛴�向木星運(yùn)動時(shí)，這個(gè)時(shí)間就短一些．因?yàn)樾l(wèi)星繞木星的周期不大（約為1.75天），所以上述時(shí)間差數(shù)，在最合適的時(shí)間（上圖中地球運(yùn)行到軌道上的A和A’兩點(diǎn)時(shí)）不致超過15秒（地球的公轉(zhuǎn)軌道速度約為30千米/秒）．因此，為了取得可靠的結(jié)果，當(dāng)時(shí)的觀察曾在整年中連續(xù)地進(jìn)行．羅默通過觀察從衛(wèi)星蝕的時(shí)間變化和地球軌道直徑求出了光速．由于當(dāng)時(shí)只知道地球軌道半徑的近似值，故求出的光速只有214300km/s．這個(gè)光速值盡管離光速的準(zhǔn)確值相差甚遠(yuǎn)，但它卻是測定光速歷史上的第一個(gè)記錄．后來人們用照相方法測量木星衛(wèi)星蝕的時(shí)間，并在地球軌道半徑測量準(zhǔn)確度提高后，用羅默法求得的光速為299840±60km/s．

2．布萊德雷的光行差法

1728年，英國天文學(xué)家布萊德雷（1693—1762）采用恒星的光行差法，再一次得出光速是一有限的物理量．布萊德雷在地球上觀察恒星時(shí)，發(fā)現(xiàn)恒星的視位置在不斷地變化，在一年之內(nèi)，所有恒星似乎都在天頂上繞著半長軸相等的橢圓運(yùn)行了一周．他認(rèn)為這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于恒星發(fā)出的光傳到地面時(shí)需要一定的時(shí)間，而在此時(shí)間內(nèi)，地球已因公轉(zhuǎn)而發(fā)生了位置的變化．他由此測得光速為：

C=299930千米/秒

這一數(shù)值與實(shí)際值比較接近．

以上僅是利用天文學(xué)的現(xiàn)象和觀察數(shù)值對光速的測定，而在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)限于當(dāng)時(shí)的條件，測定光速尚不能實(shí)現(xiàn)．

二、光速測定的大地測量方法

光速的測定包含著對光所通過的距離和所需時(shí)間的量度，由于光速很大，所以必須測量一個(gè)很長的距離和一個(gè)很短的時(shí)間，大地測量法就是圍繞著如何準(zhǔn)確測定距離和時(shí)間而設(shè)計(jì)的各種方法．

1．伽利略測定光速的方法

物理學(xué)發(fā)展史上，最早提出測量光速的是意大利物理學(xué)家伽利略．1607年在他的實(shí)驗(yàn)中，讓相距甚遠(yuǎn)的兩個(gè)觀察者，各執(zhí)一盞能遮閉的燈，如圖所示：觀察者A打開燈光，經(jīng)過一定時(shí)間后，光到達(dá)觀察者B，B立即打開自己的燈光，過了某一時(shí)間后，此信號回到A，于是A可以記下從他自己開燈的一瞬間，到信號從B返回到A的一瞬間所經(jīng)過的時(shí)間間隔t．若兩觀察者的距離為S，則光的速度為

c=2s/t

因?yàn)楣馑俸艽�，加之觀察者還要有一定的反應(yīng)時(shí)間，所以伽利略的嘗試沒有成功．如果用反射鏡來代替B，那么情況有所改善，這樣就可以避免觀察者所引入的誤差．這種測量原理長遠(yuǎn)地保留在后來的一切測定光速的實(shí)驗(yàn)方法之中．甚至在現(xiàn)代測定光速的實(shí)驗(yàn)中仍然采用．但在信號接收上和時(shí)間測量上，要采用可靠的方法．使用這些方法甚至能在不太長的距離上測定光速，并達(dá)到足夠高的精確度．

2．旋轉(zhuǎn)齒輪法

用實(shí)驗(yàn)方法測定光速首先是在1849年由斐索實(shí)驗(yàn)．他用定期遮斷光線的方法（旋轉(zhuǎn)齒輪法）進(jìn)行自動記錄．實(shí)驗(yàn)示意圖如下．從光源s發(fā)出的光經(jīng)會聚透鏡L1射到半鍍銀的鏡面A，由此反射后在齒輪W的齒a和a’之間的空隙內(nèi)會聚，再經(jīng)透鏡L2和L3而達(dá)到反射鏡M，然后再反射回來．又通過半鍍鏡A由L4集聚后射入觀察者的眼睛E．如使齒輪轉(zhuǎn)動，那么在光達(dá)到M鏡后再反射回來時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間△t內(nèi)，齒輪將轉(zhuǎn)過一個(gè)角度．如果這時(shí)a與a’之間的空隙為齒a（或a’）所占據(jù)，則反射回來的光將被遮斷，因而觀察者將看不到光．但如齒輪轉(zhuǎn)到這樣一個(gè)角度，使由M鏡反射回來的光從另一齒間空隙通過，那么觀察者會重新看到光，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動得更快，反射光又被另一個(gè)齒遮斷時(shí)，光又消失．這樣，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)速由零而逐漸加快時(shí)，在E處將看到閃光．由齒輪轉(zhuǎn)速v、齒數(shù)n與齒輪和M的間距L可推得光速c=4nvL．

在斐索所做的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)具有720齒的齒輪，一秒鐘內(nèi)轉(zhuǎn)動12.67次時(shí)，光將首次被擋住而消失，空隙與輪齒交替所需時(shí)間為

在這一時(shí)間內(nèi)，光所經(jīng)過的光程為2×8633米，所以光速c=2×8633×18244=3.15×108（m/s）．

在對信號的發(fā)出和返回接收時(shí)刻能作自動記錄的遮斷法除旋轉(zhuǎn)齒輪法外，在現(xiàn)代還采用克爾盒法．1941年安德孫用克爾盒法測得：c=299776±6km/s，1951年貝格斯格蘭又用克爾盒法測得c=299793.1±0.3km/s．

3．旋轉(zhuǎn)鏡法

旋轉(zhuǎn)鏡法的主要特點(diǎn)是能對信號的傳播時(shí)間作精確測量．1851年傅科成功地運(yùn)用此法測定了光速．旋轉(zhuǎn)鏡法的原理早在1834年1838年就已為惠更斯和阿拉果提出過，它主要用一個(gè)高速均勻轉(zhuǎn)動的鏡面來代替齒輪裝置．由于光源較強(qiáng)，而且聚焦得較好．因此能極其精密地測量很短的時(shí)間間隔．實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．從光源s所發(fā)出的光通過半鍍銀的鏡面M1后，經(jīng)過透鏡L射在繞O軸旋轉(zhuǎn)的平面反射鏡M2上O軸與圖面垂直．光從M2反射而會聚到凹面反射鏡M3上，M3的曲率中心恰在O軸上，所以光線由M3對稱地反射，并在s′點(diǎn)產(chǎn)生光源的像．當(dāng)M2的轉(zhuǎn)速足夠快時(shí)，像S′的位置將改變到s″，相對于可視M2為不轉(zhuǎn)時(shí)的位置移動了△s的距離可以推導(dǎo)出光速值：

式中w為M2轉(zhuǎn)動的角速度．l0為M2到M3的間距，l為透鏡L到光源S的間距，△s為s的像移動的距離．因此直接測量w、l、l0、△s，便可求得光速．

在傅科的實(shí)驗(yàn)中：L=4米，L0=20米，△s=0.0007米，W=800×2π弧度/秒，他求得光速值c=298000±500km/s．

另外，傅科還利用這個(gè)實(shí)驗(yàn)的基本原理，首次測出了光在介質(zhì)（水）中的速度v＜c，這是對波動說的有力證據(jù)．

3．旋轉(zhuǎn)棱鏡法

邁克耳遜把齒輪法和旋轉(zhuǎn)鏡法結(jié)合起來，創(chuàng)造了旋轉(zhuǎn)棱鏡法裝置．因?yàn)辇X輪法之所以不夠準(zhǔn)確，是由于不僅當(dāng)齒的中央將光遮斷時(shí)變暗，而且當(dāng)齒的邊緣遮斷光時(shí)也是如此．因此不能精確地測定象消失的瞬時(shí)．旋轉(zhuǎn)鏡法也不夠精確，因?yàn)樵谠摲ㄖ邢蟮奈灰啤鱯太小，只有0.7毫米，不易測準(zhǔn)．邁克耳遜的旋轉(zhuǎn)鏡法克服了這些缺點(diǎn)．他用一個(gè)正八面鋼質(zhì)棱鏡代替了旋轉(zhuǎn)鏡法中的旋轉(zhuǎn)平面鏡，從而光路大大的增長，并利用精確地測定棱鏡的轉(zhuǎn)動速度代替測齒輪法中的齒輪轉(zhuǎn)速測出光走完整個(gè)路程所需的時(shí)間，從而減少了測量誤差．從1879年至1926年，邁克耳遜曾前后從事光速的測量工作近五十年，在這方面付出了極大的勞動．1926年他的最后一個(gè)光速測定值為

c=299796km/s

這是當(dāng)時(shí)最精確的測定值，很快成為當(dāng)時(shí)光速的公認(rèn)值．

三、光速測定的實(shí)驗(yàn)室方法（高中課本有）

光速測定的天文學(xué)方法和大地測量方法，都是采用測定光信號的傳播距離和傳播時(shí)間來確定光速的．這就要求要盡可能地增加光程，改進(jìn)時(shí)間測量的準(zhǔn)確性．這在實(shí)驗(yàn)室里一般是受時(shí)空限制的，而只能在大地野外進(jìn)行，如斐索的旋輪齒輪法當(dāng)時(shí)是在巴黎的蘇冷與達(dá)蒙瑪特勒相距8633米的兩地進(jìn)行的．傅科的旋轉(zhuǎn)鏡法當(dāng)時(shí)也是在野外，邁克耳遜當(dāng)時(shí)是在相距35373．21米的兩個(gè)山峰上完成的．現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使人們可以使用更小更精確地實(shí)驗(yàn)儀器在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行光速的測量．

1．微波諧振腔法

1950年埃森最先采用測定微波波長和頻率的方法來確定光速．在他的實(shí)驗(yàn)中，將微波輸入到圓柱形的諧振腔中，當(dāng)微波波長和諧振腔的幾何尺寸匹配時(shí)，諧振腔的圓周長πD和波長之比有如下的關(guān)系：πD=2.404825λ，因此可以通過諧振腔直徑的測定來確定波長，而直徑則用干涉法測量；頻率用逐級差頻法測定．測量精度達(dá)10-7．在埃森的實(shí)驗(yàn)中，所用微波的波長為10厘米，所得光速的結(jié)果為299792.5±1km/s．

2．激光測速法（大學(xué)課本）

1790年美國國家標(biāo)準(zhǔn)局和美國國立物理實(shí)驗(yàn)室最先運(yùn)用激光測定光速．這個(gè)方法的原理是同時(shí)測定激光的波長和頻率來確定光速（c=νλ）．由于激光的頻率和波長的測量精確度已大大提高，所以用激光測速法的測量精度可達(dá)10-9，比以前已有最精密的實(shí)驗(yàn)方法提高精度約100倍．

四、光速測量最后結(jié)果

根據(jù)1975年第十五屆國際計(jì)量大會的決議，現(xiàn)代真空中光速的最可靠值是：

c=299792.458±0.001km/s

光速確實(shí)很快，確實(shí)很難測。那該怎么測？這里就要吹一波，科學(xué)家的聰明才智了�？斓牟缓脺y，我們就把它轉(zhuǎn)化成好測的量再來測。

比如最早的高精度測量光速的方法，齒輪法。光在特定的光路上，兩次通過齒輪的間隙后被觀測者看到。這種情況下，只有齒輪的轉(zhuǎn)速是某一些特定的值的時(shí)候，光才可以順利通過兩個(gè)間隙，而不被擋住。而這個(gè)特定的轉(zhuǎn)速，則與光速有關(guān)。這樣，就把光速的測量，轉(zhuǎn)化成了測量一個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)速。這個(gè)就簡單多了。

之后，還有了邁克爾遜的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。把齒輪換成了一個(gè)八面的鏡子。鏡子不斷旋轉(zhuǎn)，只有在轉(zhuǎn)速是特定的值的時(shí)候，光才能順利被反射，進(jìn)入觀測者的眼睛。由于這里，鏡子對光路的影響更大，所以測量的精確度可以更高。

現(xiàn)代的光路測量往往會使用干涉法。通過測量特定頻率的激光的波長，再用速度=波長*頻率，就能算出來速度。這一方法的精度極高。

現(xiàn)在，由于米是從光速定義過來的，所以光速的值也就定死了，就是299792458m/s。

當(dāng)然，如果你想要自己在家里測一測光速，也不是不可以。

找一個(gè)微波爐，去掉旋轉(zhuǎn)托盤，放一盤棉花糖進(jìn)去，加熱至部分融化。

用尺子量一下熔化-不熔化-熔化的這個(gè)周期

然后再去微波爐屁股后面看一看里面微波的頻率

（一般都是2.45GHz）。光速 = 波長 * 頻率，就可以算出光速了！

這個(gè)方法當(dāng)然很不準(zhǔn)啦，一般誤差會達(dá)到10%上下，但是帶小孩玩一玩還是很有意思的！關(guān)鍵是，還能順勢買一波零食對不對~

等離子體隨著溫度的提升，發(fā)出來的光線顏色會發(fā)生變化，這是一種藍(lán)移現(xiàn)象，證明了光在高溫等離子體中的傳播速度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在空氣中的傳播速度。

判斷相對論的正確與否，用中國的俗語：解鈴還須系鈴人，要從邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)入手。要怎么用經(jīng)典理論來解釋邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)結(jié)果呢？光有波粒二象性，就分別用波動性和粒子性來分析邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)，看看經(jīng)典理論能不能解釋邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)結(jié)果吧！

一、用超聲波來做邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)，超聲波具有束射性，頻率越高束射性越好，超聲波具有折射能力，所以用超聲波進(jìn)行邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)是沒問題的。根據(jù)聲波的傳播速度只與介質(zhì)的溫度密度等物理狀態(tài)有關(guān)，不用做實(shí)驗(yàn)都能知道波在實(shí)驗(yàn)裝置中處處的速率是相同的，傳播到測試點(diǎn)的速度當(dāng)然也是相同的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是聲波的傳播速度是不會受到地球運(yùn)動速度影響的，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果用經(jīng)典理論就能解釋，哪有尺縮效應(yīng)啊！哪有聲速不變原理��！哪有聲音傳播不需要介質(zhì)呢！如果有，就應(yīng)該能推論出聲速相對論。

二、用鋼珠等高彈性圓球，來做邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)，把邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)裝置中分光的玻璃鏡片換成中心有個(gè)小洞的斜置鋼板，把光源換成等速的鋼珠發(fā)射裝置，把反射鏡換成反彈鋼板。1、開啟斜置鋼板的小洞，發(fā)射鋼珠，讓鋼珠通過斜置鋼板的小洞，相當(dāng)于光子的折射，當(dāng)鋼珠射到反彈鋼板反彈時(shí)，關(guān)閉斜置鋼板的小洞，鋼珠射到斜置鋼板彈射到測試點(diǎn)，如果不計(jì)算空氣的阻力鋼珠運(yùn)動到測試點(diǎn)的速度等于鋼珠發(fā)射時(shí)的速度。2、關(guān)閉斜置鋼板的小洞，發(fā)射鋼珠，鋼珠射到斜置鋼板后，向反彈鋼板彈射，相當(dāng)于光子的反射，當(dāng)鋼珠射到反彈鋼板反彈時(shí)，打開斜置鋼板的小洞，讓鋼珠通過小洞射向測試點(diǎn)，如果不計(jì)算空氣的阻力鋼珠運(yùn)動到測試點(diǎn)的速度等于鋼珠發(fā)射時(shí)的速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果鋼珠的運(yùn)動速度不會受到地球的運(yùn)動速度影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果用經(jīng)典理論就能解釋了，哪有尺縮效應(yīng)��！哪有鋼珠運(yùn)動速度不變原理�。∪绻�有，就應(yīng)該能推論出物體運(yùn)動速度相對論。

用波動理論和牛頓運(yùn)動定律，都能證明邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)結(jié)果是符合經(jīng)典理論的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果用經(jīng)典理論就能解釋了，愛因斯坦的非經(jīng)典理論是不符合實(shí)際，沒有依據(jù)的。

光速的測算從17世紀(jì)就已經(jīng)開始了，比如丹麥天文學(xué)家羅默等。我們現(xiàn)在知道，光在真空中的速度是29972458米每秒，這已經(jīng)成為了我們的常識，作為一個(gè)基礎(chǔ)的物理常量，但光速的數(shù)值并不是一個(gè)非常精確的值，而且光速是一個(gè)無法真正確定的極限。因?yàn)槲覀冎�道光速在不同的介質(zhì)中傳播，數(shù)值也是不同的。目前科學(xué)家認(rèn)為，光速不是確定的速度值，現(xiàn)代測量技術(shù)得出的計(jì)算值為299792500±100米每秒，所以它是不精確的數(shù)值。

一般測量光速的測算方式是采用測光信號的傳播距離、傳播時(shí)間，用距離除以時(shí)間來確定光的速度。這樣的方法就要求盡可能增加光走過的路程，誤差就小，改進(jìn)時(shí)間測量的準(zhǔn)確性。但是這樣的方法在實(shí)驗(yàn)室里一般難以落實(shí)，主要是受空間的限制，這是以往光速測量過程中所遇到的問題。過去對光速的測算都是在實(shí)驗(yàn)室外進(jìn)行，而如今我們卻可以通過實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的激光和鏡面效應(yīng)測出。

有趣的是，這個(gè)定義的來源 ，它的單位“米”，又是怎么確定的，米作為度量單位，它的長度究竟是多少。“米”這個(gè)單位最初確定的時(shí)間是在19世紀(jì)初的幾年，解釋為赤道和北極點(diǎn)之間距離的1000萬分之一。到了1889年，一根標(biāo)準(zhǔn)的一米長鉑桿被制作出來，然后被保存在巴黎。

當(dāng)光速數(shù)值確定之后，光在真空中的速度這個(gè)定義也就出現(xiàn)，因此在1983年，國際計(jì)量大會重新定義了“米”，它被定義為光在1/299,792,458秒內(nèi)傳播的距離。

只要知道物體行進(jìn)的距離和時(shí)間，就可以計(jì)算出平均速度，光速測量也是一樣，我們知道光通過的距離，以及中間經(jīng)過的時(shí)間，就能計(jì)算出光速。

在伽利略時(shí)代，他就提出了通過測量光通過距離和時(shí)間來測量光速的原理，他采用的測量距離只有幾千米，但是光速太快了，30萬公里每秒的速度，在當(dāng)時(shí)的科技和實(shí)驗(yàn)條件是完全無法實(shí)現(xiàn)測量。

在17世紀(jì)，天文學(xué)家羅邁通過對木星衛(wèi)星一號運(yùn)行規(guī)律的長期觀察，發(fā)現(xiàn)光速是以有限速度傳播的，可以進(jìn)行測量的，初略計(jì)算得出了二十多萬公里每秒的光速值，雖然有些粗糙，但是這已經(jīng)是當(dāng)時(shí)的奇跡了。

隨著經(jīng)典物理學(xué)的發(fā)展，很多科學(xué)家對光速進(jìn)行了測量，其中美國的物理學(xué)家邁克爾遜長期進(jìn)行了在地球上的光速測量，他的技術(shù)路線是在兩座山峰之間，借助可以轉(zhuǎn)動的平面鏡，來測量光往返一次的精確時(shí)間，最終在加州兩座山峰上成功測得了及其接近現(xiàn)代光速的數(shù)值。對于我們大部分的計(jì)算來講，30萬公里每秒這個(gè)數(shù)值就已經(jīng)足夠精確了。

現(xiàn)代隨著各種光電儀器的發(fā)展，測量光速可以進(jìn)行的非常精確，例如，美國宇航員就在月球上安裝了平面鏡，如果向月球發(fā)射激光，經(jīng)由該平面鏡返回，就可以精確計(jì)算光速和地球-月亮之間的距離。在電視《生活大爆炸》炸里，有一集就有類似的情節(jié)，Leonard這些科學(xué)宅男們就搞了一臺大功率激光器，用來測量月球的距離。

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真空光速定義值：c0=299792458m/s，

歷史上測量光速的方法很多，有伽利略的燈光示意法，還有菲索的旋轉(zhuǎn)齒輪法，法國傅科的旋轉(zhuǎn)鏡法，布萊德雷的光行差法，羅默的衛(wèi)星蝕法等等。

這里就介紹一下目前最準(zhǔn)確的光速測量方法。是在1972年，美國的K.M.埃文森等人直接測量激光頻率ν和真空中的波長λ，這個(gè)方法的原理是同時(shí)測定激光的波長和頻率來確定光速（c=vλ）．由于激光的頻率和波長的測量精確度已大大提高，所以用激光測速法的測量精度可達(dá) 10的負(fù)9次方，比以前已有最精密的實(shí)驗(yàn)方法提高精度約100倍．利用公式算得c=(299792458±1.2)米/秒。在1983年第十七屆國際計(jì)量大會上作出決定，將真空中的光速定為精確值。

第一個(gè)嘗試去測量光速的是伽利略。他和他的助手在夜間相隔數(shù)公里遠(yuǎn)面對面地站著，每人拿一盞燈，燈有開關(guān)。首先，第一個(gè)人先舉起燈，同時(shí)記下時(shí)間。當(dāng)?shù)诙�個(gè)人看到第一個(gè)人的燈時(shí)立即舉起自己的燈，也記下時(shí)間。從第一個(gè)人舉起燈到他看到第二個(gè)人的燈的時(shí)間間隔就是光傳播1.6km里的時(shí)間。為了減小誤差，伽利略反反復(fù)復(fù)舉燈，但當(dāng)時(shí)的他不知道光的傳播速度實(shí)在是太快了，這種方法最終失敗。但伽利略的實(shí)驗(yàn)揭開了人類歷史上對光速進(jìn)行研究的序幕。

在1862年，法國物理學(xué)家傅科成功地發(fā)展了另一種測定光速的方法，他用一個(gè)高速轉(zhuǎn)鏡來測量微小的時(shí)間間隔。下圖是經(jīng)過改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。轉(zhuǎn)鏡是一個(gè)正八面的鋼質(zhì)棱鏡，從光源S發(fā)出的光射到轉(zhuǎn)鏡面R上，經(jīng)R反射后又射到35公里以外的一塊反射鏡C上，光線再經(jīng)反射后回到轉(zhuǎn)鏡。所用時(shí)間是t=2D/c。在t時(shí)間中轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)過一個(gè)角度。實(shí)驗(yàn)時(shí)，逐漸加快轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到528轉(zhuǎn)／秒時(shí)，在t時(shí)間里正好轉(zhuǎn)過1／8圈。返回的光恰恰在棱鏡的下一個(gè)面上，通過半透鏡M可以從望遠(yuǎn)鏡里看到返回光線所成的像。用這種方法得到c =299,796±4公里／秒。

1950年，艾森提出了用空腔共振法來測量光速。這種方法的原理是，微波通過空腔時(shí)當(dāng)它的頻率為某一值時(shí)發(fā)生共振。根據(jù)空腔的長度可以求出共振腔的波長，在把共振腔的波長換算成光在真空中的波長，由波長和頻率可計(jì)算出光速。當(dāng)代計(jì)算出的最精確的光速都是通過波長和頻率求得的。1958年，弗魯姆求出光速的精確值：299792.5±0.1千米/秒。1972年，埃文森測得了目前真空中光速的最佳數(shù)值：299792457.4±0.1米/秒。

光速的測量有很多經(jīng)典的方法和實(shí)驗(yàn)，有利用天文現(xiàn)象的，有實(shí)驗(yàn)室測量的。說幾個(gè)印象深的吧。

最早可能是十七世紀(jì)丹麥天文學(xué)家奧勞斯測的，他利用木星衛(wèi)星的投影測量。因?yàn)榈厍蚝湍拘嵌荚趪�繞太陽轉(zhuǎn)，所以地球位置不同，看到投影開始和結(jié)束的規(guī)律也不同，測得光速的值大概是比較接近現(xiàn)代光速值。

后來牛頓在十八世紀(jì)初提出光速可能是二十萬公里每秒，這個(gè)數(shù)值距離現(xiàn)在的接近三十萬公里差不少。所以單論光速這波，牛頓沒做出太大貢獻(xiàn)。

再后來到了十八世紀(jì)中期，詹姆斯·布雷德里提出光速有限，以及因?yàn)榈厍蛞苍谶\(yùn)動，那么光達(dá)到地球應(yīng)該有個(gè)角度。這個(gè)叫做光行差。所以他算出來了比較精確的光速。

當(dāng)然，不考慮后來相對論不完美。

同樣在十八世紀(jì)，介于牛頓和愛因斯坦中間最偉大的科學(xué)家麥克斯韋，推導(dǎo)出了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。這樣光速就能通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出來了。并且啟蒙了了光和電磁波其實(shí)是一回事。

還有很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果越來越精確，例如邁克爾遜旋轉(zhuǎn)棱鏡法。

再后來1972年，美國埃文森等人直接測量激光頻率和真空中的波長，計(jì)算出光速。這個(gè)數(shù)值已經(jīng)比較精確了，接著1975年國際計(jì)量大會就以光速新規(guī)定了長度單位。即光速為299792458米每秒。而一秒的定義是銫133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能階之間躍遷時(shí)所輻射的電磁波的周期的9192631770倍的時(shí)間。

所以現(xiàn)在無論人類走到宇宙哪個(gè)角落，無論有沒有標(biāo)尺，只要技術(shù)足夠，就可以得到我們現(xiàn)在的長度和時(shí)間單位。至此，光速無需再測量。

光速測量在科學(xué)史上是一個(gè)漫長的過程，丹麥科學(xué)家羅默在1675年第一次證明光速是有限的。羅默通過觀測木星的類似“月食”現(xiàn)象，根據(jù)大量的數(shù)據(jù)證實(shí)出光速有限，他的測量結(jié)果是22.5萬千米/秒，這跟實(shí)際光速有點(diǎn)差距。

但羅默的貢獻(xiàn)不是這個(gè)而是證實(shí)光速的有限。而對于光速測量最成功的是菲索的旋轉(zhuǎn)齒輪法，菲索是法國的物理學(xué)家，他成功設(shè)計(jì)出一套試驗(yàn)設(shè)備，如下圖所示。

通過旋轉(zhuǎn)齒輪，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值光被齒輪遮擋住，再繼續(xù)加速光會正好通過齒輪縫隙返回被眼睛看到。只要知道齒輪的轉(zhuǎn)速、齒輪齒數(shù)、眼睛到鏡子的距離這幾個(gè)數(shù)據(jù)就可以計(jì)算出光速的準(zhǔn)確值了。羅默計(jì)算出的光速是31.5萬公里每秒，這已經(jīng)跟真空中的光速十分接近了。后來隨著麥克斯韋和赫茲在電磁領(lǐng)域的研究，他們發(fā)現(xiàn)震蕩的電場產(chǎn)生震蕩的磁場、振蕩的磁場產(chǎn)生震蕩的電場，這就是電磁波波的一種，可以通過頻率和波長相乘得出電磁波的速度。最后發(fā)現(xiàn)通過計(jì)算的速度和之前羅默測量的光速一致，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)光其實(shí)就是一種電磁波。光速的數(shù)值為29972458米每秒，一般看作30萬公里每秒。

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