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8. 實驗室內測光速
天文學測光速是利用長基線( 星球之間的距離) 的原理， 像伽利略那樣測光速， 則要求測量出極短的時間間隔。到19 世紀中葉， 物理學家找到很好的辦法測量光速了。
1849 年， 法國物理學家菲索設計了一個實驗， 他用的裝置並不複雜。光源發出的光， 經過一個45°角的反射鏡( 也可以透射)， 使光線改變90°的方向， 讓光線穿過一個高速旋轉的齒輪。光線穿過齒輪後， 經平麵鏡反射又回到齒輪， 如果這時光線不能穿過齒輪的齒隙， 就要加大齒輪的轉速， 直到光線恰好穿過齒隙。
如何計算光速呢？ 光信號第一次穿過齒隙， 到達反射鏡的距離是已知的， 設為l； 又返回到齒輪， 則光行進了2l 。這期間齒輪恰好轉過一個齒， 設它轉過的角度為2Q， 再設2Q 齒輪的轉速為w， 則齒輪轉過2Q 所用的時間為w 。同時，光線行進2l 所花的時間為2l C ， 其中C 為光速。由此可以得到二者的時間等式： 2Q 2l=wC
則C= wl 。
Q 菲索在巴黎郊外做了這個實驗， 從蘇冷到蒙瑪特勒的距離為8 ， 633 米。他設計的齒輪齒數為720 齒。1 秒鍾內轉動12. 67 圈時， 光線經一個齒隙所用的時間為：
111 1
2 ×720 ×12.67 =18， 244 秒。
這樣就算出光速為：
C=2 ×8 ， 633 ×18， 244= 315， 000 公裏/ 秒。
由於是用齒輪遮擋光線， 菲索就稱此法為遮斷法。
菲索的實驗， 使人類首次在實驗室內測得光速。這個實驗經過物理學家的改進， 得到幾種測光速的方法。
1862 年， 法國科學家傅科發明了一種轉鏡法。傅科利用一個高速旋轉的反射鏡。由此測得的光速值為298 ， 000 公裏/ 秒。
美國物理學家邁克爾遜把菲索的遮斷法和傅科的轉鏡法結合起來， 測得的光速要更精確。他選用了一個正八麵鋼質棱鏡。
邁克爾遜準確地測出加利福尼亞州的威爾遜山和聖安東尼山之間的距離為22 英裏。他把光源、八麵形鏡子和望遠鏡裝在威爾遜山上， 又把凹麵鏡和平麵鏡裝在聖安東尼山上。
邁克爾遜的測量原理同菲索和傅科的原理是一樣的。為了得到精確的光速值， 邁克爾遜花了好幾年的時間才完成測量， 其中兩山頭的間距又由美國東海岸大地測量局測定， 其值為35， 385.5 米， 準確程度達七百萬分之一。
邁克爾遜得到的光在空氣中的行進速度值為299 ， 729 公裏/ 秒。此後， 邁克爾遜又反複測量了光速， 前後長達50 年。
科學家們還設計了一種新實驗。我們知道， 光是一種電磁波， 它也符合公式Cλ=，νλ或寫作C= ν，其中λ是光波波長， υ是光波頻率。從這個關係可知， 測量光的波長和頻率就可以得到光速值。
20 世紀40 年代以來， 科學家發明一種“微波空腔法”。這種方法是測定封閉在金屬管中傳輸的微波波長和微波共振頻率， 這個波長值換算成在真空中傳輸的波長， 利用C= λν就可得光速。經實際測定， 得到的光速值為：299， 792. 5 公裏/ 秒。
這種測量方法也可移植到光波上， 但是， 最初的嚐試失敗了。當激光出現後， 這種測量方法才獲得成功。物理學家利用氦氖激光器測得光速值為299 ， 792. 4562 公裏/ 秒。這差不多比以前的測量精確度提高了100 倍。
1972 年， 美國科學家的測量得到最終的光速值， 它的值是( 299 ， 792 ， 458 ±1. 2) 米/ 秒， 從而結束了長達300 多年測量光速的曆史。
從上麵5 種測量光速的方法可見， 從伽利略開始， 物理學家的測量方法不斷地改進著。遮斷法( 也叫齒輪法) 和轉鏡法的測量誤差分別是200 公裏/ 秒和500 公裏/ 秒， 旋轉棱鏡法的誤差是4 公裏/ 秒， 微波空腔法和激光法的誤差則隻有0. 4 公裏/ 秒和1. 1 米/ 秒。
光速測量的意義是非常重要的。例如測量月地距離， 宇航員登上月球後， 有一件事就是安裝角狀反射器。用角狀反射器測量激光脈衝從地球到月球再返回地球的時間， 它乘以光速再除以2 就得到月地距離。沒有準確的光速值， 月地距離值也是不準確的。
作為一個重要的物理常數， 光速在定義一些物理單位上有著重要的作用。例如， 國際單位製中長度的主單位――米的標準就與光速有關。1983 年10 月的國際計量大會上， 專家們對米重新定義： “米是光在真空中299， 792， 458 秒的時間間隔內行程的長度。”
1849 年， 法國物理學家菲索設計了一個實驗， 他用的裝置並不複雜。光源發出的光， 經過一個45°角的反射鏡( 也可以透射)， 使光線改變90°的方向， 讓光線穿過一個高速旋轉的齒輪。光線穿過齒輪後， 經平麵鏡反射又回到齒輪， 如果這時光線不能穿過齒輪的齒隙， 就要加大齒輪的轉速， 直到光線恰好穿過齒隙。
如何計算光速呢？ 光信號第一次穿過齒隙， 到達反射鏡的距離是已知的， 設為l； 又返回到齒輪， 則光行進了2l 。這期間齒輪恰好轉過一個齒， 設它轉過的角度為2Q， 再設2Q 齒輪的轉速為w， 則齒輪轉過2Q 所用的時間為w 。同時，光線行進2l 所花的時間為2l C ， 其中C 為光速。由此可以得到二者的時間等式： 2Q 2l=wC
則C= wl 。
Q 菲索在巴黎郊外做了這個實驗， 從蘇冷到蒙瑪特勒的距離為8 ， 633 米。他設計的齒輪齒數為720 齒。1 秒鍾內轉動12. 67 圈時， 光線經一個齒隙所用的時間為：
111 1
2 ×720 ×12.67 =18， 244 秒。
這樣就算出光速為：
C=2 ×8 ， 633 ×18， 244= 315， 000 公裏/ 秒。
由於是用齒輪遮擋光線， 菲索就稱此法為遮斷法。
菲索的實驗， 使人類首次在實驗室內測得光速。這個實驗經過物理學家的改進， 得到幾種測光速的方法。
1862 年， 法國科學家傅科發明了一種轉鏡法。傅科利用一個高速旋轉的反射鏡。由此測得的光速值為298 ， 000 公裏/ 秒。
美國物理學家邁克爾遜把菲索的遮斷法和傅科的轉鏡法結合起來， 測得的光速要更精確。他選用了一個正八麵鋼質棱鏡。
邁克爾遜準確地測出加利福尼亞州的威爾遜山和聖安東尼山之間的距離為22 英裏。他把光源、八麵形鏡子和望遠鏡裝在威爾遜山上， 又把凹麵鏡和平麵鏡裝在聖安東尼山上。
邁克爾遜的測量原理同菲索和傅科的原理是一樣的。為了得到精確的光速值， 邁克爾遜花了好幾年的時間才完成測量， 其中兩山頭的間距又由美國東海岸大地測量局測定， 其值為35， 385.5 米， 準確程度達七百萬分之一。
邁克爾遜得到的光在空氣中的行進速度值為299 ， 729 公裏/ 秒。此後， 邁克爾遜又反複測量了光速， 前後長達50 年。
科學家們還設計了一種新實驗。我們知道， 光是一種電磁波， 它也符合公式Cλ=，νλ或寫作C= ν，其中λ是光波波長， υ是光波頻率。從這個關係可知， 測量光的波長和頻率就可以得到光速值。
20 世紀40 年代以來， 科學家發明一種“微波空腔法”。這種方法是測定封閉在金屬管中傳輸的微波波長和微波共振頻率， 這個波長值換算成在真空中傳輸的波長， 利用C= λν就可得光速。經實際測定， 得到的光速值為：299， 792. 5 公裏/ 秒。
這種測量方法也可移植到光波上， 但是， 最初的嚐試失敗了。當激光出現後， 這種測量方法才獲得成功。物理學家利用氦氖激光器測得光速值為299 ， 792. 4562 公裏/ 秒。這差不多比以前的測量精確度提高了100 倍。
1972 年， 美國科學家的測量得到最終的光速值， 它的值是( 299 ， 792 ， 458 ±1. 2) 米/ 秒， 從而結束了長達300 多年測量光速的曆史。
從上麵5 種測量光速的方法可見， 從伽利略開始， 物理學家的測量方法不斷地改進著。遮斷法( 也叫齒輪法) 和轉鏡法的測量誤差分別是200 公裏/ 秒和500 公裏/ 秒， 旋轉棱鏡法的誤差是4 公裏/ 秒， 微波空腔法和激光法的誤差則隻有0. 4 公裏/ 秒和1. 1 米/ 秒。
光速測量的意義是非常重要的。例如測量月地距離， 宇航員登上月球後， 有一件事就是安裝角狀反射器。用角狀反射器測量激光脈衝從地球到月球再返回地球的時間， 它乘以光速再除以2 就得到月地距離。沒有準確的光速值， 月地距離值也是不準確的。
作為一個重要的物理常數， 光速在定義一些物理單位上有著重要的作用。例如， 國際單位製中長度的主單位――米的標準就與光速有關。1983 年10 月的國際計量大會上， 專家們對米重新定義： “米是光在真空中299， 792， 458 秒的時間間隔內行程的長度。”
