▼ ▼  用看的 ▼ ▼

速度大家一定都不陌生了。從小到大，我們一定是參加過各種賽跑比賽的，比如50米跑或是100百米跑，固定的長度跑完之后用時最短的就是速度最快的。我想同學們一定也和我小時候一樣，雖然總也跑不到第一名，但是卻非常愛幻想，幻想自己跑得非?？?。開始的時候還只想著比學校的第一名快就可以了，可是隨后就會想，反正是幻想不如再快一下，比世界冠軍還要快。不行，還不夠，要最快才行。

多快才是最快呢？當時可是不知道光速是最快的速度，只想著跑完同樣的距離花費的時間越少速度就越快，是1秒呢還是0.01秒呢？肯定0是最少的了。所以那時自然而然地會認為世界上最快的速度就是不論到哪里，只需要0秒，這樣就是無限快了。也就是說不論是想從中國到美國、或是月球，還是其他任何地方，瞬間就能馬上達到，不花費任何時間。這其實就是瞬間移動的能力，即使在魔法世界里面這個能力也是非常搶手的。

古代的很多人都是堅信速度是可以達到無限大的，因為他們認為光就是這樣的東西。遠遠的觀察一個人，這個人做任何的動作，我們馬上就可以看到，中間不花一點時間。這不是速度無限大的證據(jù)嗎？當然，即使在古代也有人會反駁這樣的說法，光的速度不會是無限快的，它只是太快了，快得從一個地方到另一個地方我們根本感覺不出來。其實只要距離夠長，還是可以測出光所花費的時間的。

不相信的話，大家可以看看聲音。人們之間說話，也是這邊一說出口，那邊就可以馬上聽到，感覺聲音瞬間傳到，其實聲音的速度只有340米每秒。如果距離遠一些，我們馬上就可以感覺到聲音傳播是需要花時間的。就比如電閃雷鳴的時候，就是先看到閃電然后才聽到雷聲，這就說明聲音傳到我們耳朵是需要時間的。有經(jīng)驗的人還可以根據(jù)閃電和雷聲相隔的時間長短判斷出雷電發(fā)生的距離呢。

抱著這樣的想法，有個人就嘗試著去測光速了。這就是我們熟悉的伽利略。作為科學之父，伽利略做過無數(shù)個成功的實驗，可是這次測量光速的實驗他失敗了。他是怎么做的呢？首先他在一座山上準備了一個大鏡子，然后自己爬到另外一座山上，手上還提著一盞燈。他的方法就是記錄光線從這盞燈發(fā)射然后經(jīng)過鏡子反射回來，這段距離所花費的時間。一手拿著擋板，一手拿著表，擋板拿開開始計時，看到鏡子里的光停止計時。這段時間就是光線跑個來回所用的時間。

我們現(xiàn)在很容易就明白為什么伽利略會失敗了，光速可是30萬公里每秒啊，一秒就可以繞著地球7圈半，兩個山頭的距離還是太近了。除非，他的反應(yīng)速度和計時用的表可以分辨出0.0001秒的時間，這肯定是做不到的。

所以要想知道光的速度還要有更遠的距離才行，這樣光就會花更多的時間，對人的反應(yīng)速度和表的精確程度的要求就會降低了。那要多遠呢？需要從地球到木星這么遠距離。這可不是我隨便說的，而是在歷史上人類第一次測出光的速度就是通過地球到木星的距離。

在300多年前，丹麥有一位天文學家叫奧勒·羅默，就是他第一次通過天文觀測計算出計算出了光的速度。具體的方法比較復(fù)雜，但是原理我們是比較容易理解的。地球是會繞著太陽公轉(zhuǎn)的，公轉(zhuǎn)的時候就會變換位置，所以在一年的不同時候距離木星的距離是不一樣的，少則6億多公里則9億多公里。即使是光也要需要三四十分鐘才可以跑完。所以地球位置變化就使得，光從木星到地球花費時間很容易被觀察到。這位天文學家，就是通過記錄地球和木星之間距離的變化，以及光線傳過來時時間的變化，計算出了光的速度。

2016年12月7日，測定光速 340 周年紀念日，谷歌推出的奧勒·羅默涂鴉

不知道大家會不會好奇，為什么是木星，就不能是其他星球嗎？比如距離更遠的土星。如果是其他星球的話還真沒辦法。大家想想看，測量光從其他星球傳到地球的時間應(yīng)該如何做呢？最簡單的方法，就是起點記錄一個時間，終點記錄一個時間，兩個一減就可以了。光線到達地球的終點時間我們是很容易記錄下來的，剩下的只要減去另外的那個星球上發(fā)出光的起點時間?？蓡栴}是，不論是什么星球，上面都是沒有人的，沒有人可以記下光線傳播開始時間的，也就沒有辦法做減法，當然也就不能知道光線傳播的時間了。

木星特別的地方是它有幾顆非常明亮的衛(wèi)星，會繞著木星旋轉(zhuǎn)。我們很容易就可以通過望遠鏡在地球上觀察到。按理說，這個旋轉(zhuǎn)的時間是固定的，可是就因為地球的公轉(zhuǎn)和木星的距離總是發(fā)生變化，所以就會導(dǎo)致我們觀察到木星衛(wèi)星的旋轉(zhuǎn)時間發(fā)生變化。于是就可以根據(jù)這個變化的時間推斷出光線在這段距離中花了多少時間。就這樣，奧勒·羅默才計算出了光的速度。

當時他計算出來的速度是大約22萬公里每秒，和現(xiàn)在準確數(shù)字，也就是30萬公里每秒，還差了將近8萬公里。或許你會認為8萬公里這個實在是一個太大的數(shù)字了，這應(yīng)該是一個嚴重的錯誤。實際上并不是這樣的，首先奧勒·羅默是第一個確定了光的速度不是無限的人。之前人們討論光的速度到底是有限還是無限，總是爭來爭去，但是誰都沒有可信的證據(jù)。這一下在奧勒·羅默提出這種測量方法之后，光的速度有限的基本上就是板上釘釘?shù)氖聦嵙?。剩下的就是搞明白這個速度到底是多少了。

在數(shù)字的準確性方面，即使奧勒·羅默計算出現(xiàn)了誤差，但是仍然是很了不起的，20多萬和現(xiàn)在的標準數(shù)值30萬都是在幾十萬每秒這個數(shù)量級上。在天文觀測中，能在數(shù)量級上保持正確已經(jīng)是很了不起了。這個數(shù)量級的意思，就是一個數(shù)字是幾位數(shù)。比如，1萬和5萬，都是在萬這個數(shù)量級上的，可以說它們數(shù)量級相等。但是1千和1萬就不是一個數(shù)量級了，1千比1萬少了一位數(shù)，也就是少了一個數(shù)量級。如果是10萬的話，是比1萬多一個數(shù)量級。

再舉個例子，半人馬座α星距離地球4光年多，天狼星距離地球?qū)⒔?光年，在天文學家眼中這兩個星到地球的距離是差不多的。只有幾十光年，幾百光年才算是真正意義上的更遠。

好了，這就是有關(guān)奧勒·羅默和光速測量的故事了。至此以后，人們對光速的研究就始終沒有停止過。隨著科技的發(fā)展，能夠測量出來的精度也越來越高。當人們都認為光速的奧秘都被研究透的時候，卻忽然又被一個實驗蒙上了一層烏云。那就是，邁克爾遜-莫雷實驗，被稱為是世界上最成功的實驗，但有趣的是這項實驗本來要驗證的結(jié)果卻失敗了。為什么會說這個實驗又成功又失敗呢？我們下一次解開謎題。

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