第10章 伽利略山头碰壁

1607年的一天夜晚，在意大利的一处荒山野岭中，物理学家伽利略带着他的助手在匆匆赶夜路，他们手里都拿着一盏灯。

伽利略他们要干什么呢？

原来，他想通过实验来测量光速。17世纪前，人们认为光速是无限大的，认为光传播不需要时间，是瞬时进行的。伽利略对此提出质疑，他认为光速不会是无限大的，而是可以测定的，他和助手夜晚出来就是为了做测量光速的实验。

伽利略测量光速的方法是：让两个人各提一盏有遮光板的灯，分别站在相距约1.6千米的两座山头上，第一个人先打开他的灯，同时开始计时；第二个人见到第一个人的灯亮时，立刻打开自己的灯；当第一个人看见第二个人的灯亮时，停止计时，以此测出光从第一个人所站的那座山头到第二个人所站的那座山头再返回所用的时间，这样就可以计算出光的速度。

测量光速实验开始了，伽利略的两名助手按照指示打开自己的灯，实验做了一次又一次，但是，测量光速实验失败了。这是由于光传播的速度实在太快了，光在两个山头之间来回一次，只需万分之一秒，比人的生理反应时间快得多。他测得的时间间隔实际上是他的助手看见灯光的生理反应时间。

虽然伽利略测量光速碰了壁，但伽利略的实验揭开了人类历史上对光速进行研究的序幕。

1834年，英国物理学家惠斯通利用旋转镜来测量电流的速度，也想用此法来测量光速，惠斯通的思路是正确的，但是他没有成功。

1849年，法国物理学家菲佐用旋转齿轮来测光速，其方法是将一个点光源放在透镜的焦点处，在透镜与光源之间放一个齿轮，在透镜的另一侧较远处放置另一个透镜和一个平面镜，点光源发出的光经过齿轮和透镜后变成平行光，平行光经过第二个透镜后又在平面镜上汇聚于一点，在平面镜上反射后按原路返回。当光通过齿隙时可以看到返回的光，当光恰好遇到齿时就会被遮住。从开始到返回的光第一次消失的时间就是光往返一次所用的时间，根据齿轮的转速，就可求出这个时间。菲佐测得的光速是315000千米/秒。

1850年，法国科学家傅科改进了菲佐的方法。他用的是一个透镜、一面旋转的平面镜和一面固定的凹面镜。平行光通过旋转的平面镜汇聚到凹面镜的圆心上，同样用平面镜的转速可以求出时间。傅科用这种方法测出的光速是：298000千米/秒。

1926年，美国物理学家迈克耳孙改进了傅科的实验，测得光速为299774千米/秒。后来有人用光开关代替齿轮转动，其精度更是比旋转镜法提高了两个数量级。

1972年，美国埃文森等人直接测量激光频率及其在真空中的波长，按公式计算得到的光速为299792.458千米/秒。1975年第15届国际计量大会确认上述光速值作为国际推荐值使用。

做个小作业

1.是非题 伽利略不能准确测出光速，原因是光速太快，在1.6千米的路程上运动的时间太短，当时的条件无法准确测量出这段时间。（）

2.思考题 为什么科学家花那么多力气去测量光速？测量光速实验在物理学理论研究的发展历程中有什么意义？

微博士

光速

光速是指光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。光速是自然界物体运动的最大速度。根据爱因斯坦的相对论，没有任何物体的速度可以超过真空中的光速。测量光速不仅推动了光学实验，也打破了光速无限的传统观念，还在物理学理论研究的发展历程中，为粒子说和波动说的争论提供了判定的依据，并最终推动了爱因斯坦相对论的发展。

迈出第一步

用激光笔体验光的速度

激光笔的种类很多，从颜色上分，有红光、绿光、蓝光、蓝紫光和红外、紫外等特殊波长的激光；从外观上分，有笔式的、手电式的。激光笔的功率大小差异很大，功率大，则射程远。绿光激光笔视觉上最明显，容易看到光柱，能轻松看到光路。晚上，拿支绿色激光笔去照射远处建筑物，体验一下光的速度。