光速实验

光的速度是否是一个有限值，这在历史上曾是一个引起巨大争议的问题。开普勒认为光速是无限的，光的传播不需要时间；而伽利略却认为光速会是一个有限值，光的传播是需要时间的。1607 年，他进行了历史上第一次测量光速的实验。一天夜里，伽利略和他的助手分别站在相距一英里的两个山头上，各提一盏罩灯。实验开始时，伽利略先打开灯罩，并同时开始计时，当他的助手看到灯光时，也立即打开灯罩，当伽利略看到对方的灯光时，就停止计时。然而由于光速极高，伽利略终究没能测出光速来。

光速有限的第一个实验证据是 1676 年由罗麦得到的。1672 年至 1676 年期间，丹麦天文学家罗麦在巴黎对木星的几个卫星由于木星的遮掩造成的卫星食进行观测，他发现卫星食的周期有些不规则。他认为，这不可能是实际运动的不均匀性造成的，而是光有一定的速度的缘故。1676 年 9 月，罗麦向巴黎科学院宣布，原来预计于 11 月 9 日上午 5 点 25 分 45 秒发生的

木卫食将推迟 10 分钟，并解释说，这是因为光穿过地球的轨道需要 22 分钟。惠更斯根据罗麦提供的数据，第一次得到了光速的有限值：

c＝2.14×108 米／秒。

1725 年，英国天文学家布拉雷德观察到光行差现象，由他的观察结果

求得的光速为 3.1×108 米／秒。

第一次在地球范围测定光速是菲索在 1849 年实现的（图 1）。菲索让光源 s 发出的光从转动齿轮 R 的间隙中通过，再通过透镜变成平行光束，平行光聚焦于平面镜 M2，并被反射沿途返回。当齿轮以某一速度转动时，观察者将看不到返回的光，这是因为光线从齿轮到达平面镜 M2 再回到齿轮时，恰好为下一个移到的齿所遮蔽的缘故；如果齿轮的转速增加一倍，光点则重新被看到。如果齿轮的齿数为 n，轮在每秒内的转数为 N，那么光往返一次所需的时间为：

t＝ 1 2nN

另一方面，如果光速为 c，齿轮与平面镜间的距离为 1，那么往返时间又可表示为：

t＝ 2l ，

由此得：

c＝4nNl。

在菲索的实验中，l＝8.633 公里，n＝720，N＝12.6，因此他得到： c＝（315300±500）公里／秒。

不久，齿轮仪器就为旋转镜装置所取代，因为后者提供的光较强，而且聚焦也好。傅科在 1850 年用图 2 的旋转镜装置，所得到空气中的光速为：

图 1 齿轮仪装置

图 2 旋转镜装置

c＝（298000±500）公里／秒。

1927 年，迈克尔逊改进了旋转镜装置，把它安装在加利福尼亚州威尔

逊山与圣安东尼奥山之间，相距 22 英里。他得到： c＝（299796±4）公里／秒。

1950 年，埃森利用空腔共振实验装置，得到光的速度为： c＝（299792.5±1）公里／秒，

而贝格斯特兰用克尔盒测得的光速为： c＝（299793.1±0.3）公里／秒。

现在，国际上公认的光速值为： c＝（2.997925±0.000001）×108 米／秒。