Re: [問卦] 光速怎麼算出來的阿?

看板Gossiping作者fan800509 (能不能給我一首歌的時間)時間6年前 (2019/11/24 19:46)推噓9(9推 0噓 6→)

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光的傳播速度非常快，一秒鐘就能走30萬公里，可以繞地球七圈半。這麼快的速度，人類是如何測量的呢？在古希臘時代，對於光速到底是什麼，人們並不是很清楚，因此一些科學家——比如亞里士多德等人，就認為光速是無限大的。甚至有人認為：光是從眼睛中發射出來的，我們一睜眼睛就能看到遙遠的星星，所以光速一定是無限大的。我們來看看哪些人有測過光速！伽利略文藝復興之後，近代科學的先驅伽利略在1638年做了第一個測量光速的實驗。伽利略和他的助手站在兩個相隔較遠的山頭上，每個人手裡有一盞燈。伽利略首先遮住燈，當助手看到伽利略遮住燈之後立刻遮住自己的燈。伽利略測量從遮住燈到看到助手遮住燈相差的時間，這段時間內光剛好在兩人之間傳播了一個來回，這樣就可以測出光速了。顯然，因為光速如此之快，以至於這個實驗根本不可能測量出光速，因為如果不計兩人的反應時間和遮住燈的時間，光傳播這段距離的時間只需要幾微秒，在當時的設備條件下根本測不出來。伽利略也承認，通過這個實驗他沒有測出光速，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家奧勒溼嘛q開始的。 1610年，伽利略利用自己改進的望遠鏡發現了木星的四顆衛星，其中木衛一最靠近木星，每42.5小時旋轉一圈。而且，木衛一的軌道平面非常接近木星繞太陽公轉的軌道，所以，有時候木衛一會轉到木星背面，太陽的光無法照射到木衛一，地球上的人就看不到這顆衛星了，稱為木衛一蝕。我們來看一個示意圖，地球在繞著太陽A在圓軌道FGLK上逆時針運動，木衛一繞著木星B也在逆時針運動。在木星背後CD之間是木星的陰影區，如果木衛一進入這部分陰影，太陽光照射不到木衛一，人們就無法看到它的。也就是說，當木衛一到達C點時就會消失，稱為「消蹤」，如果木衛一從陰影出來，就能夠被人觀察到，也就是木衛一到達D點時就會出現，稱為「現蹤」。羅默就是利用這個現象測量光速的。首先，我們研究地球靠近木星的時候發生的消蹤和現蹤現象。當木衛一到達C點時進入陰影，這個現象的光需要傳播一段距離才能到達地球。假設光從C 傳播到地球時地球位於F點，那麼人們觀察到消蹤現象就比木衛一進入陰影時間晚了一些，這段時間等於CF長度與光速之比。當木衛一到達D點時走出陰影，重新反射太陽光。這個現象也需要一段時間才能到達地球。由於地球在運動，當這束光到達地球時假設地球位於G點，那麼，人們觀察到現蹤現象也比木衛一走出陰影時間晚了一些，這段時間等於DG長度與光速之比。但是，由於CF比DG長，所以消蹤時間延遲比現蹤時間延遲多，即晚發現消蹤，早發現現蹤。消蹤與現蹤的時間間隔比木衛一在陰影中的時間要短。我們可以用一個線段圖表示這個關係。同樣，我們可以討論地球遠離木星時的消蹤和現蹤現象。如果地球到達L發現木星消蹤，到達K發現木星現蹤，由於地球在遠離木星，所以LC的長度小於KG的長度，早發現消蹤，晚發現現蹤，人們觀察到消蹤和現蹤的時間間隔就會比木衛一實際在木星陰影中的時間長。 1671年到1673年，羅默多次進行了觀測，並且得出在地球遠離木星時消蹤現蹤時間差比靠近時長了7分鐘，並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巨匠雖然在光到底是粒子還是波的問題上爭執不休，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射到地球需要八分鐘的時間，也就是說：我們看到的太陽是八分鐘以前的太陽。太陽如果某個時刻熄滅了，我們也只能在八分鐘之後才知道。邁克耳孫 200年之後，第一個把光速測量精度大幅提高的人是美國物理學家邁克耳孫。在1877到1879年，邁克耳孫改進了傅科發明的旋轉鏡，示意圖如下：邁克耳孫在相隔較遠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面反射，經過反射後通過M2和M3反射回八面鏡，並從另一個面反射後進入觀察目鏡。只有在如圖所示的位置時，觀察目鏡處才會有光。如果八面鏡轉動一點，經過介面1反射的光就無法照射到M2，觀察目鏡上就看不到光了。如果讓八面鏡旋轉起來，並且角速度逐漸增大，會發現在某個時刻又可以從觀察目鏡中看到光了。這是因為當某時刻介面1剛好傾斜45度角時，光線經過介面1反射到達M2，再返回八面鏡時，八面鏡剛好轉動一格（八分之一周期），於是介面2剛好跑到圖中3的位置，將光線反射進入觀察目鏡。由於視覺暫留現象，觀察目鏡中一直可以看到光。假設左右兩套裝置相距為L，當八面鏡轉動周期為T時可以從觀察鏡中看到光，由於L遠遠大於其它部分的長度，所以光從介面1反射到左側，再回到右側八面鏡走過的距離為S=2L 根據剛才的分析，光來回運動一次，八面鏡剛好走過1格，時間 t=T/8 因此光的速度為 v=S/t=(2L)/(T/8)=16L/T 根據這個原理，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，並且利用光速來定義「米」的概念。1米就等於光在真空中傳播299792458分之一秒內傳播的距離。如果距離非常大，人們就使用光年的概念：1光年等於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恆星，那是因為那些恆星早在幾百萬年前就開始發光了，直到今天它們發的光才到達地球。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，還是個未知數呢！ “學問之道無他，Google而已。” 原文網址：https://kknews.cc/science/kn6a8zb.html -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 113.185.75.212 (越南) ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Gossiping/M.1574596012.A.D4D.html

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STi2011

11/24 19:47, 6年前 , 1^F

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STi2011

11/24 19:48, 6年前 , 2^F

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好兇 QQ ※ 編輯: fan800509 (113.185.75.212 越南), 11/24/2019 19:48:45

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wargods8402

11/24 19:49, 6年前 , 3^F