光速是怎麼計算出來的?

我是文科生,麻煩盡量說的易懂一些


既然是計算出來的,就不說測量了嘛。

其實麥克斯韋方程組已經給出了光速,也就是電磁波的速度。

c=1/√(με)

μ是磁導率,ε是介電常數,都是介質屬性


不需要計算和測量。

米的長度是真空中的光速定義出來的。

需要計算和測量的是米這個單位本身 233


可是你問了個不簡單的問題啊。。。

以下內容來自維基百科。。。

有天文觀測法和機械觀測法:

天文觀察法舉例:

1676年奧勒·羅默使用望遠鏡研究木星的衛星艾歐的運動,第一次定量的估計出光速。艾歐的公轉軌道可以用來計算時間,因為它會規律的進入木星的陰影中一段時間(圖中的C至D)。羅默觀測到當地球在最接近木星時(H點),艾歐的公轉周期是42.5小時,當地球遠離木星時(從L至K),艾歐從陰影中出現的時間會比預測的越來越晚,很明顯的是因為木星與地球的距離增加,使得"信號"要花更多的時間傳遞。光要通過行星之間增加的距離,使得計時的信號在第一次和下一次之間因而延長了額外的時間。當地球向木星接近時(從F到G),情形則正好相反。羅默觀測到艾歐在接近的40個軌道周期中周期比遠離的40個軌道周期縮短了22分鐘[8]。以這些觀測為基礎,羅默認為在80個軌道周期中光線要多花費22分鐘行走艾歐與地球之間增加的距離。這意味著從L至K和F至G,地球經歷了80個艾歐軌道周期(42.5小時)的時間,光線只要花22分鐘。這對應於一個地球在軌道上繞著太陽運動和光速之間的一個比例:

意味著光速是地球的軌道速度的9,300倍,與現在的數值10,100倍比較,相差無幾。

機械觀測法的話:

1849年,阿曼德·斐索用旋轉齒輪法求得 c = 3.153×108 m/s。他是第一位用實驗方法,測定地面光速的實驗者。實驗方法大致如下:

光從半鍍銀面反射後,經高速旋轉的齒輪投向反射鏡,再沿原路返回。如果齒輪轉過一齒所需的時間,正好與光往返的時間相等,就可透過半鍍銀面觀測到光,從而根據齒輪的轉速計算出光速。

1862年,萊昂·傅科用旋轉鏡法測空氣中的光速,原理和斐索的旋轉齒輪法大同小異,他的結果是 c = 2.98 × 108 m/s。

第三位在地面上測到光速的是考爾紐(M.A.Cornu)。1874年他改進了斐索的旋轉齒輪法,得 c = 2.9999 × 108 m/s。

阿爾伯特·邁克耳孫改進了傅科的旋轉鏡法,多次測量光速。1879年,得 c = (2.99910±0.00050) ×108 m/s;1882年得 c = (2.99853±0.00060) × 108 m/s。

後來,他綜合旋轉鏡法和旋轉齒輪法的特點,發展了旋轉稜鏡法,1924~1927年間,得 c = (2.99796±0.00004) × 108 m/s。

邁克耳孫在推算真空中的光速時,應該用空氣的群速折射率,可是他用的卻是空氣的相速折射率。這一錯誤在1929年被伯奇發覺,經改正後,1926年的結果應為 c = (2.99798±0.00004) × 108 m/s = 299798±4 km/s。

後來,由於電子學的發展,用克爾盒、諧振腔、光電測距儀等方法,光速的測定,比直接用光學方法又提高了一個數量級。

60年代雷射器發明,運用穩頻雷射器,可以大大降低光速測量的不確定度。

1973年達0.004 ppm,終於在1983年第十七屆國際計量大會上作出決定,將真空中的光速定為精確值。


簡單講一個齒輪測光速的辦法。

A(發射點也是觀察點)------------齒輪--------------------------B鏡面

過程:從A點發出一道光穿過齒輪的孔,經過B鏡面的反射回來,穿過齒輪的孔,進入A觀察者的眼中。

如果齒輪轉動,就會出現以下的情況:

轉速不夠的情況下,光線還從同一個齒輪孔回來,a點能看到齒輪孔透光。

轉速提高,光線回來被與齒輪孔相鄰的齒擋住,a點看不到齒輪孔透光。

轉速再提高,光線回來的時候從隔壁的齒輪孔進來,a點能看到齒輪空透光。

齒輪齒的個數和齒輪轉速已知,算出一個齒孔轉動到下一個齒空需要的時間就是光走的時間。

齒輪到b鏡面的距離的兩倍就是光走過的距離。

這樣距離/時間,就算出光速了。

很巧妙的方法。


人家問怎麼計算,你們答怎麼測量,驢唇不對馬觜。


俺要問個比較白痴的問題,天上絕大部分的星星看起來是沒有任何差別的,那人類是如何穩定低觀察某一顆星星的呢(像我這種恐怕一會兒就找不到之前看的是哪顆了)?


給初中生的物理思考題:八面鏡法測光速


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