人类为什么不能达到光速人是如何测量光速的，光的速度是怎样测量出来的 _睿知

光速那么快，人类究竟是怎么测量出来的？
众所周知，光速在真空中是299 ， 792 ， 458m/s(约310 ^ 8m/s) ，但你知道这个速度是怎么测出来的吗？起初，包括亚里士多德在内的科学家认为光速是无限的。直到丹麦天文学家罗默发现光以有限的速度传播，光速的测量才真正开始。在太阳系中，所有的行星都绕着太阳转。木星有一些卫星，比如木卫一，围绕木星运行。假设地球运行在太阳下方，木星在太阳上方，那么太阳发出的光会到达木星，被木星阻挡。如果我们把太阳当成一个点，在木星后面就会形成一个影子。如果木卫一进入阴影区，我们就看不到了。这种现象被称为木卫一的月食或日食。按理说，木卫一进入阴影范围和它跑出的时间间隔应该是一样的，但是罗默发现，当地球移动到太阳的右侧时，木卫一进入阴影部分的时间间隔会更短，而当地球移动到太阳的左侧时，时间间隔会更长。为什么？经过长期的计算、思考和测量实验，罗默认识到光波实际上是以有限的速度传播的，大约是2.2510 ^ 8m/s ，虽然这个数据和我们现在的310 ^ 8m/s还是有一定的误差，但是通过这个结论，人们至少知道了光速确实是有限的。后来很多人通过各种实验方法测量光速，比较著名的就是迈克尔逊的八面体镜实验。迈克尔逊的八面体镜实验是通过一个正八面体钢棱镜进行的，简称八面体镜。光线从一个地方打到八面镜上，经过反射后到达一个很远的位置，这个很远的位置通过两次反射使光线返回，然后进入观察目镜，这是一条光路。在这条光路中，到其他地方的距离比较短，所以回来的路程比较长。正常情况下，我们可以看到光，但是如果旋转八面镜，我们可能看不到光。这个时候角度不是45度，所以光不知道去了哪里，看不到。然而，通过调整角度，它只能转动一格。如果此时的转速是每秒N周，那么时间间隔t就是1/8周，也就是1/8秒。从1879年到1926年，经过近50年的测量和研究，他最终确定光速的测量值为C=299796km/s ，这是当时最精确的测量值，很快成为当时光速的公认值。迈克尔逊研究了这个问题后认为，光可以在真空中传播，那么它的传播速度是相对于哪个参照系的呢？他猜测可能存在一个绝对的参考系，叫做“以太参考系” ，于是迈克尔逊设计了很多实验设备，希望能找到以太，但最终，都没有找到。寻找以太的失败直接导致了爱因斯坦相对论的诞生，所以对于光的问题来说，每一次进步都意味着物理学的一次飞跃。科学家们用一生的时间研究，为我们现代物理学打下了坚实的基础，这真的令人钦佩。
【人类为什么不能达到光速人是如何测量光速的，光的速度是怎样测量出来的】

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光速是最快的速度，那么是如何被人们测量出来的呢？
100多年前，人类历史上最伟大的科学家爱因斯坦告诉我们，光速是宇宙中最快的速度，没有任何东西可以超越它。时至今日，虽然超光速现象偶有发生，但大多数科学家仍以此理论为标准，经常寻找解释超光速现象的证据。所以，光速作为宇宙中最快的速度，仍然是无法破解的。那么，科学家是如何测量出光速如此之快的呢？光速是每秒30万公里。科学家是如何测量的？事实上，光速的测量经历了一个漫长的过程。随着人类智慧的不断提高，终于完成了这项伟大的事业。今天，我们来看看科学家是如何测量光速的。亚里士多德是古希腊的著名代表(虽然他不是希腊人) 。他的一些理论虽然被推翻，但在当时非常流行，甚至被捧上天。以亚里士多德为代表的古希腊人也认为光速是最快的。但与爱因斯坦不同的是，他们认为光速是无限的，这就是所谓的距离效应。即无论多远，光都可以在一端点亮，另一端同时接收到光。所以他们测量光速是完全荒谬的，也是没有必要的。我不能责怪他们。毕竟那时候离地球的距离不是他们能控制的，离欧洲的距离也控制不了。因此，他们的生活范围和他们的科学知识都导致了他们对光速的看法的局限性。在大家的印象中，最能打亚里士多德脸的人是伽利略。其实比萨斜塔的实验已经基本被证伪了。但是，伽利略质疑并付诸实践的精神是绝对正确的。他不相信光速是无限的，坚持自己做实验。于是他和助手爬上两座小山，做了实验。他的实验原理很简单。他的助手拿着一盏非常非常亮的灯，用一块木板挡住。然后，助手移开木板，露出灯。伽利略计算了助手移开木板和他看到的光的时间差，用时间除以距离，就是光速。现在我们知道伽利略的实验是不可能出结果的，因为光速太快了。别说两座小山，就算站在地球的两端，光速从一端到另一端(我们是按直径计算的，不是按周长计算的)只需要不到0.05秒，也就是不到50毫秒。即使是运动员也需要150毫秒的反应时间。所以伽利略的方法不能测光速，最多只能测他的反应速度。对此，他也承认。伽利略失败了，但他的贡献使测量光速成为可能。他的实验告诉我们，如果要测量光速，必须有更长的距离。而他更重要的贡献是告诉别人，望远镜可以看天空和星星。此外，他还发现了木星的四颗卫星，称之为伽利略卫星。木卫一在测量光速方面起着重要的作用。1676年，一个名叫奥勒罗默的人偶然测量了光速。说起来，他是无心的，因为他只是想测量木卫一的公转周期，作为天文学上精确的“时钟” 。这个测量队
法其实很简单。如果木卫一跑到木星挡住太阳的位置，我们就看不见了；如果它运行这个影子，我们可以看到它。你可以看到这个图， a是太阳， EFGHLK所在的圆是地球轨道， b是木星。当Io跑到光盘之间的阴影处时，我们看不到它。所以只要多次测量它的两个表象的时间差，就可以知道它的公转周期。那么，问题就来了:每隔一段时间，测得的数据就不一样。罗默认为，这不可能是木卫一运行不规律造成的，不符合天体物理定律。唯一的解释是光不是瞬间传播的，但是光速是有限的。于是，他通过这个发现开始测量光速。确定大小假设我们从地球北极上方看太阳系，那么地球、木星、木卫一都是逆时针旋转的。如果地球移动到F点，木卫一被木星挡住，也就是木卫一在C点的时候，由于光速需要时间传播，我们看到木卫一在F点到达C点的时候其实是几分钟前，而且实际上是在CD之间。当木卫一在D点重新出现时，地球可能已经移动到了G点(为了方便大家，尺度会很不平衡，只要我们明白真相) 。同样的，就像我们看到F时Io和C之间的延迟一样，其实是几分钟前Io到达g时的D 。由于木星公转速度相对较慢，我们认为它几乎没有移动。然后，显然DG比CF短，所以虽然有延迟，但是DG距离比CF短，所以延迟相对较短。这意味着在FGs之间测量的Io消失时间比实际消失时间短。你被蒙蔽了吗？核心部分，我们打个比方。假设你在玩王者荣耀，但是你用的网很卡。游戏开始的时候，你还在拖延时间，直到开场10秒后才进入游戏。结果你发现忘了打开WiFi ，就切换到了WiFi 。不过这个WiFi信号也不好，只比流量快一点点，延迟8秒。结果这个游戏结束了，你在峡谷里跑了8秒才知道结果。所以，如果整场比赛持续15分钟，你只打了14分58秒。明白了吗？另一方面，当地球远离木星时，情况正好相反。当地球发现木卫一在L处C处消失，木卫一在K处D处出现时，也要考虑延迟效应。这一次相当于你用WiFi玩游戏，但是中途WiFi被切断，流量较慢，所以你玩游戏的时间比游戏的实际时间长，也就是木卫一的地球测量消失——出现的时间比木卫一实际消失——出现的时间长。然后罗默开始假设如果光速等于地球直径，而木卫一公转时地球移动的距离是地球直径的210倍(我不知道他是基于什么假设) ，那么木卫一的光传到地球的时间就是210秒(也就是游戏实际时间和你玩的时间的时间差) ，也就是三分半钟。换句话说，当地球靠近木星时，木卫一会消失3.5分钟，当它远离木星时，会持续3.5分钟，加起来就是7分钟。实际观察的结果是两者相差不到7分钟，差很多。可以看出，光在一秒钟内传播的速度远远超过了地球的直径。他推测光速大约是每秒10到8次方米。别说，这和目前的数据是一个数量级的——虽然他的假设有点离谱。粗略计算那么，在确定了震级之后，能否更精确一些呢？加拿大对于Io的革命时期，虽然不完全准确，但基本没有问题，大概是42.5天。也就是说，如果观察位置不变，木卫一消失的周期应该是42.5天。如果位置改变，是光速造成的。从1668年到1678年，罗默继续观察了11年(恐怕你忘了罗默是谁……) 。发现木卫一消失的时间比地球离木星最远时最近的地方晚了22分钟。而这个时间就是地球在太阳两边带来的光速的移动时间。所以只要解决了地球半径的问题，光速的问题就可以解决。但是，如果你还记得前一期的《科学有意义》一栏关于太阳与地球距离的测量，你会发现人类此时还没有准确测量出太阳与地球的距离。所以罗默测量的是时间，没有距离，那么速度怎么算呢？其实罗默的计算，到此为止。很多人认为罗默第一次计算了光速，其实他只是提供了参考。此外，通过复杂的计算，他得出结论，光每秒传播的距离大于地球的直径，仅此而已。他的论文发表后，惠更斯看到了。根据他自己的天文数据，即太阳和地球之间的大致距离，他得出光速约为每秒22万公里。同时牛顿计算出是21万公里每秒。他没有说他算的是什么，所以很难相信他没有借鉴罗默的学术成果。牛叔和惠叔在争论光是波还是粒子，所以也有可能是牛顿不愿意落后惠更斯才偷偷“抄作业”~显然，惠更斯和牛顿都没有精确测量光速，大约是现代数据的70% 。这是因为当时人们没有关于太阳和地球之间距离的准确数据。当然，即使知道太阳和地球的距离，罗默的数据也不准确。可能导致误差的因素很多，比如当时仪器的精度，木星的运动等等。当然，木星的运动最终会归于日地距离，因为一旦确定了日地距离，就可以确定木星的轨道。无论如何，对于16世纪的人来说，能够测量这个水平是非常了不起的。
光速那么快，人类是怎样测量光速的呢人类为了测量光速费尽了心机，最著名的两例是：1、利用反射加大传播距离测量， 2利用木星卫星。而利用木星卫星测量光速的这个方法，后来又被用在测量太阳系外有卫星的恒星系统或双恒星互绕系统的参数值。参见：网页链接

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光速这么快，当初人类是如何检测出来的？大家都知道，光的速度可以达到约3*10的8次方米每秒，这个数值的概念相当于光可以1秒绕7.5圈赤道。如此快的速度会让大家感到惊讶，但是不知道有没有人想过，如此快的速度，在早期科学技术并不发达的时代，科学家是怎样测出光速的呢？历史上，人们对每一次对光的认识都是物理学上的飞跃。在最早的时候，有很多科学家认为光的速度是无限大的。后来一个叫罗默的丹麦天文学家发现光的传播速度是有限的。那么他是如何发现的呢？原来罗默在观察木星上的“日全食”或“月全食”时发现，每次观察到木星的一号卫星刚消失到出现时的时间间隔不一样。对此他的解释是：因为木卫一刚消失时传播到地球上需要一点时间，而在木卫消失的这段时间，地球的自转导致地球离木星更近，之后木卫一再出来时由于距离更近的缘故，光线传播到地球上的时间更短，晚发现失踪，早发现出现，导致了每次木卫一消失的时间不同。而且经过他的粗略计算，光的速度大约是2.25*10的8次方米每秒，当然这个数据有很大误差，但至少人们知道了光速是有限的。后来有很多人用了各种实验方法测光速。直到1849年，法国物理学家阿曼德斐索想出了一个绝妙的方法测光速，也就是旋转齿轮法。他将光源通过齿轮的齿缝折射出去，而自己则在半透镜后观察。当齿轮开始转动并达到一定速度后，光从齿缝进入，而在通过反射镜返回时，原来的齿缝刚好转走，光线会照射在齿轮上，此时就观察不到光线。而当齿轮继续加速，反射的光线可以恰好通过下一个齿缝并被观察到。这样只需要知道齿轮的转速，齿数以及观察者到反射镜的距离，就能计算出光速了。最终他算出光速为3.15*10的8次方米每秒，这个很接近实际数值。之后，迈克尔孙设计了八面镜实验测出光速为3*10的8次方米每秒，这个就更接近实际数值了。但是他想光在真空可以传播，它的传播速度是相对于哪个参考系呢？他把这个参考系命名为以太参考系，又设计很多实验想找出以太，最终失败。而以太寻找的失败又导致了相对论的诞生。所以光的每一次认识都是物理学的飞跃。
人类是怎样测定光速的？第一个尝试测量光速的，也是伽利略。他和他的助手在夜间相隔数公里远面对面地站着，每人拿一盏灯，灯有开关(注意当时还没有电的知识，更没有电灯。)当伽利略在某个时刻打开灯，一束光向助手方向射去，助手看到灯后马上打开自己的灯。伽利略试图测出从他开灯到他看到助手开灯之间的时差，从而算出光速。但这个实验失败了，因为光传播速度太快，现在知道，要想通过这种方法测出光速，必须能测出10-5秒的时差，这在当时是完全不可能的。第一个比较正确的光速值，是用天体测量得到的。1675年，丹麦天文学家罗麦注意到，木卫消失在木星阴影里的时间间隔逐次不同，它随着各次卫星掩蚀时，木星和地球之间距离的不同而变长或变短。他认识到这是由于在长短不同的路程上，光线传播需要不同时间。根据这种想法，罗麦推算出c=2×108米/秒。直到1849年，地面实验中才有较好的光速测量。当时，法国物理学家斐索利用高速齿轮进行这项工作。1862年，傅科成功地发展了另一种测定光速的方法，他用一个高速转镜来测量微小的时间间隔。下图是经过改进后的实验装置示意图。转镜是一个正八面的钢质棱镜，从光源S发出的光射到转镜面R上，经R反射后又射到35公里以外的一块反射镜C上，光线再经反射后回到转镜。所用时间是t=2D/c 。在t时间中转镜转过一个角度。实验时，逐渐加快转镜转速，当转速达到528转/秒时，在t时间里正好转过1/8圈。返回的光恰恰在棱镜的下一个面上，通过半透镜M可以从望远镜里看到返回光线所成的像。用这种方法得到c=299,796±4公里/秒。近代测量光速的方法，是先准确地测量一束光的频率v和波长λ ，然后再用c＝vλ来计算。1973年以来，采用以下的光速值 c=299,792,458±1.2米/秒。

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光速速度这么快，当年人类是怎么测出来的？光速高达每秒钟299792458米，如果以光速前进，那么我们只需大约1.3秒就可到月球。相信大家在对光的速度表示惊叹的同时，也会感到好奇，这么快的速度是怎么测出来的？伽利略的实验光的速度是如此之快，以至于在日常生活的尺度下，人们根本就无法意识到光从A处传播到B处还需要花费时间。在古代世界，人们普遍认为光是没有速度的。一束光在出发的同时就抵达了终点。到了17世纪，意大利科学家伽利略决定做一个实验来测量一下光的速度。伽利略设计的实验是这样的：两个人各自拿着一盏灯笼分别站在两座山头上，每个人都用挡板把手中的灯笼遮住。接下来，一个人把自己的手中的挡板拿掉，对面山头的人在看到灯光后立刻把自己手中的挡板也拿掉。第一个人则记录下从自己拿掉挡板到看到对方手中灯笼的时间，这就是光线在两座山头之间跑一个来回的时间。用两座山头之间的距离除以时间，就可以得到光的速度了。几百年以前，有不少人都认为光的速度是无限的，无论是多远的距离，光都可以瞬间到达。然而对于物理学家而言，这种观点是很难让人接受的，所以在1638年，物理学家伽利略就设计了一个实验。根据他的设想，实验人员甲和乙一人一盏配有遮光板的灯，分别站在两座山的山顶（彼此能够看到），一切准备就绪之后，甲打开遮光板，同时记录时间，而乙在看到灯光之后，也马上打开遮光板，同时记录好时间，当甲看到乙的灯光之后，再次记录时间。“每秒钟299792458米”是怎么来的？1865年，物理学家麦克斯韦发表了大名鼎鼎的麦克斯韦方程组，以一种几乎完美的方式描述了经典电磁学中的一切，在此之后人们很快就意识到，光其实也是一种电磁波。这也就意味着，只需要测量出光的频率和波长，就可以利用“波速等于波长乘以频率”这个公式计算出光速，不过由于测量技术的限制，人们迟迟没有通过这种方法计算出准确的光速。随着时间的推移，相关的测量精度也在日益提高，研究人员计算出的光速也越来越接近实际值，在1983年的国际计量大会上， 1米被重新定义为“光在真空中前进1/299792458秒的距离” ，换句话来讲就是：“真空中的光速为每秒钟299792458米” 。