二、光的速度

光速光从光源发出，以有限的速度向外传播。光传播得很快，在日常接触到的距离内，光从光源到达我们的眼睛所用的时间很短，凭感觉根本无法察觉出来，所以在历史上很长一段时间里，人们一直认为光的传播是不需要时间的。直到 17 世纪才发现光是以有限速度传播的，现在已经知

道，光在真空中的传播速度为 30 万千米/秒，即光速

c=3.00×108 米/秒

光速的测定 1607 年伽利略最早做了测定光速的尝试。让两个实验

者在夜间每人各带一盏遮蔽着的灯，站在相距约 1.6 千米的两个山顶上。第一个实验者先打开灯，同时记下开灯的时间。第二个实验者看到传来的灯光后，立刻打开自己的灯。第一个实验者看到第二个实验者的灯光后，再立刻记下时间，然后根据记下的时间间隔和两山顶间的距离计算光的传播速度。这种测量光速的方法，原理虽然正确，却没有测出光的速度。这是因为光的速度很大，在相距约 1.6 千米的两山顶间来回一次，所用的时间大约只有十万分之一秒，这样短的时间，比实验者的反应时间短得多，即使有精密计时仪器也不能测出光速来，更不用说当时的原始计时装置了。

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要测定光速，必须利用很大的距离，或者用精巧的办法准确地测量出很短的时间间隔。伽利略以后的学者们正是沿着这两个方向探求测定光速的方法的。

1676 年丹麦天文学家罗默（1644～1710）用天文观测的方法，发现光是以有限速度传播的。利用罗默观测到的数据可以计算出光速的大小。这种方法就属于利用大距离的方法。

为了在地面上不太长的距离内测定光速，科学家们设计了各种巧妙的实验方法，以便准确地测出很短的时间间隔。1849 年法国物理学家斐索

（1819～1896）首先在地面上测出了光速，以后又有许多科学家采用了更精确的方法测定光速。下面简略地介绍美国物理学家迈克耳孙（1852～ 1931）的旋转棱镜法。

迈克耳孙选择了两个山峰，测出两山峰间的距离，在第一个山峰上安装一个强光源 S 和一个正八面棱镜 A（图 1-3）。光源 S 发出的光，经过狭缝射到八面镜 A 的面 1 上，反射后射到放置在另一个山峰上的凹镜 B 上，又反射到平面镜 M 上，经平面镜 M 反射后，再由凹镜 B 反射回第一个山峰。如果八面镜静止不动，反射回来的光就射到八面镜的另一个面 3 上，经面 3 反射后，通过望远镜 C 进入观察者的眼中，看到光源 S 的像。

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图 1-3 迈克耳孙测定光速实验的示意图

如果使八面镜转动，那么光反射回来时，八面镜的面 3 已经偏离了原

来的取向，经面 3 反射后的光不再进入望远镜中，观察者就看不到光源 S 的像了。适当调节八面镜的转速，使反射回来的光到达八面镜时，八面镜

恰好转过 8 转，面2 正好转到面3原来的位置，经面2反射后的光进入

的像。根据八面镜转过 8 转所用的时间和

两山峰间的距离，就可以算出光在空气里的速度。迈克耳孙经过校正，得出光在真空中的速度 c=299796±4 千米/秒。

光速是物理学中的一个基本常数，科学家们一直努力更精确地测定光速。1970 年以后，开始利用激光测量光速。激光测速法大大提高了测量的精确度。根据 1975 年第 15 届国际计量大会决议，真空中光速的最可靠值定为

c=299792458±1 米/秒。

在通常的计算中，可取 c=3.00×108 米/秒。