光速是个什么东西呢？

想必大家在日常生活中都有这样的经验，在雷雨天气，我们总是先看到闪电的光，然后过了好久才听到轰隆隆的雷声。这其中的原因也不难理解，那就是因为光的速度比声音的速度快多了。

闪电

空气中声音的速度大概是340m/s，一马赫的速度，就是指的是声音在空气中的速度。对于光，它的速度似乎是无限的，在日常生活中，光似乎能瞬间从一个地点到另一个地点，例如我们打开手电筒，几乎就在同时我们就看到了手电筒发出的光传播的很远。其实光的速度也是有限的，只不过非常大。

光在空气中的速度约为3*10^8 m/s。这个速度有多快呢？光在一秒钟内前进的距离大约就可以绕地球赤道7圈半，也就是说，几乎一眨眼的时间光就可以毫不费力的环游世界。从地球到月球的距离约为38万公里，光打个来回也仅仅需要两秒多（事实上，地球和月球之间的准确距离就是计算激光来回所花费时间得到的）。而人类在1969年第一次登上月球，花费了三天多的时间才到达月球，由此可见光速有多快。光速是目前人类已知速度的上限，没有什么东西能运动的比光速还快。既然光速这么快，那科学家们是如何知道光速的准确数值的呢？

激光测距

光速测量史

人类历史上首次测量光速是在1676年。当时丹麦天文学家奥勒?罗默通过研究木星的卫星木卫一发现光速是有限的，并不是无限的，并由此估计出了光速的值。他估算的过程如下图所示：

光速的估量

其中的大环是地球绕太阳的轨道，小环是木卫一绕木星的轨道。当地球远离木星（从L到K）和接近木星（从F到G）时，木卫一从木星的阴影里（C到D）出来的时间会产生变化，从这个变化可以就知道光速是有限的，再加上木卫一绕木星的公转周期和地球的公转周期以及公转速度，就可以估算出光速了。从这中方法估计出的光速误差很大，约为2.2x10^8m/s, 比实际值小26%。

在1728年，英国天文学家詹姆斯?布拉德利进一步提高了光速的准确度。他所使用的是恒星的光行差。光行差如下图所示

光行差示意图

光行差，简单的来说就是地球的运动，会使恒星的方位产生变化。举例来说就是，假设在无风的天气里下雨，雨滴会垂直下落到你的身上，当你以一定的速度奔跑是，雨滴就会以另外一个角度落到你身上，不再垂直。结合这个角度的改变和你的速度，就可以估计出雨滴下落的速度。同样使用恒星光行差，结合地球的公转速度和恒星角度的变化，就可以估算出光速。使用这种方法估算出的光速约为3.01*10^8 m/s，误差仅仅为0.4%。

新思路：如何提升光速测量精度？

首次准确在地球上，而不是依靠天体运动来测量光速的实验是在1849年由法国物理学家阿曼德?斐索实行的，他使用的方法叫做齿轮测速法。

齿轮法测光速

1849年阿曼德?斐索用这种装置测出的光速是3.15*10^8m/s，误差为5%，但是随后，法国科学家莱昂?傅科（就是用傅科摆演示地球自转的那个科学家），提高了这个装置的精确度，用旋转镜面代替了旋转的之轮，测出了2.98*10^8m/s的光速值，误差缩小到了0.5%. 旋转齿轮法和旋转镜面法对于光速的准确测量产生了很深远的影响，这种方法简单易行，结果很有说服力。直到1926年，这种方法都一直被当做测量光速的首选,精度一直提高到了0.001%左右。

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