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在宇宙的歷史中,真空光速是否一直沒變過?

真空中的光速是一個物理常量,國際公認值為c=299792458m/s。17世紀前人們以為光速為無限大,義大利物理學家G.伽利略曾對此提出懷疑,並試圖通過實驗來檢驗他設想,在距離很遠的兩個地方,兩人互相用燈光傳遞信號,最終沒能成功。

艾薩克·牛頓也接受光速是有限的觀念,在他1704年出版的書《光學》中,他提出光每秒鐘可以橫越地球16.6次(相當於210,000公里/秒,比正確值低了30%)。這似乎是他自己的推斷(不能確知他是否有引用或參考羅默的數據)。

1676年,丹麥天文學家奧勞斯·羅默(1644~1710)利用木星衛星的星蝕時間變化證實光是以有限速度傳播的。他利用木星的木衛一在木星在木星圓面上的投影作周期性變化的現象,第一次定量的估計出光速。艾歐的公轉軌道可以用來計算時間,因為它會規律的進入木星的陰影中一段時間。羅默觀測到當地球在最接近木星時,艾歐的公轉周期是42.5小時,當地球遠離木星時,艾歐從陰影中出現的時間會比預測的越來越晚,很明顯的是因為木星與地球的距離增加,使得"信號"要花更多的時間傳遞。光要通過行星之間增加的距離,使得計時的信號在第一次和下一次之間因而延長了額外的時間。當地球向木星接近時,情形則正好相反。羅默觀測到艾歐在接近的40 個軌道周期中周期比遠離的40個軌道周期縮短了22分鐘。以這些觀測為基礎,羅默認為在80個軌道周期中光線要多花費22分鐘行走艾歐與地球之間增加的距離。這意味著地球經歷了80個艾歐軌道周期(42.5小時)的時間,光線只要花22分鐘。這對應於一個地球在軌道上繞著太陽運動和光速之間的一個比例。意味著光速是地球的軌道速度的9,300倍,與現 在的數值10,100倍比較,相差較小。但是因為這種觀測是很困難的,因而日後被其他的方法所取代。

在當時,天文單位的估計數值是大約1億4千萬公里。克里斯蒂安·惠更斯結合了天文單位和羅默的時間估計,每分鐘的光速是地球直徑的1,000倍,他似乎誤解了羅默22分鐘的意思,以為是橫越地球軌道所花費的時間。這相當於每秒220,000公里(136,000英里),比現 在採用的數值低了26%,但仍比當時使用其他已知的物理方法測得的數值為佳。

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