伽利略为什么没有测出光速
经典物理学的奠基人之一伽利略,年轻时就做了著名的比萨塔落体实验,从而推翻了统治科学长达两千多年的亚里士多德的落体运动规律,建立了正确的落体运动规律,赢得了世人的赞誉。殊不知,这位物理学大师还曾设计过测量光速的实验,不过这一次他却以失败而告终。
在伽利略时代,人们普遍认为先的传播是不需要时间的,电灯一打开, 我们就能看到灯光投向四面八方,从直觉上讲,似乎灯光的传播没有花费任何时间。可是伽利略却坚持认为,任何相互作用的传递都需要时间,光也不例外,只不过光传播速度太快,使人无法感觉到那么短的时间而已。为了证实自己的想法,1607 年,伽利略设计了如下实验。
夜间,伽利略和他的助手分别站在相距很远的两座山头上,各自手里拿着一盏用罩子遮闭的风灯。实验时,伽利略先把风灯罩子打开,同进按下秒钟开始计时,他的助手看到灯光后,也立即把自己手里风灯的罩子打开,同时开始计时,而伽利略看到助手的灯光时,停止计时。则伽利略从要开风灯到看到灯光的时间就是光往返两个山头一次的时间,根据速度公式
v=s/t
即可以求出光速来。可令伽利略惊讶的是,不论他与助手间隔多远, 他在每次打开灯罩的同时也看到了助手手里风灯的灯光,计时总是零,这是什么原因呢?
伽利略测光速实验
实验设计从原则上讲当然不会有错,根本原因就出来两个人身上。我们知道,光的传播速度为每秒 30 万公里,而人眼正常的反应速度约 0.1
秒。假设伽利略和助手分别站在相距 30 公里的两座山头上传递光信号,则光在两山头之间往返一次的时间等为万分之二秒,比人眼反应速度要短暂2000 倍,所以伽利略总是在人眼反应的时间内同时看到助手风灯的灯光, 他当然不可能测出光速来了。
伽利略的失败使物理学家们意识到光传播速度太快了,只有设计出更为精密的仪器才能测出光的传播速度,十九世纪未,终于由美国的迈克尔逊设计出一种称之为迈克尔逊干涉仪设备,由它可以精密地测定光的传播速度,现在已测出光在真空中的传播速度为 c=2.997925×108 米/秒。