光速为什么是宇宙最快的（宇宙最快的光速）

01前言

众所周知，真空中的光速是宇宙中最快的速度，没有之一。

目前公认的最精确的光速值来自于国际协议：c=299792458.458米/秒。

光速如此之快，每秒钟可以绕地球赤道7.5圈。

光速如何测量？

那么光速是如何测量的呢？有哪些精妙的实验和有趣的故事？

本文带你了解「光速测量」的前世今生！

图片截取自《工科物理》1991第2期第43页

02测量光速是个技术活儿

测量光速，可是个难度超高的技术活儿。

原因是什么呢？主要是因为光速实在是太快了！

下面介绍几个历史上著名的有关测量光速的实验或者认识：

（1）亚里士多德认为光速是无限大的

古希腊圣哲亚里士多德认为光速是无限的。

原因很简单，亚里士多德认为光是从眼睛中发射出来的。

一睁开眼睛就能看的整个世界，说明一瞬间光已经从眼中发出去又回来了——因此光速一定是无限的。

亚里士多德对光速的看法统治了西方1500年，直到伽利略出现，对此产生怀疑。

（话说经常有读者问我，亚里士多德怎么老是被推翻？我也很无奈呀，可能是因为他说的太多了吧！不过话说回来，亚里士多德更多的理论是正确的，大家纠结于这位大哲的错误，可能是一种找茬儿的心理吧！）

亚里士多德

（2）伽利略测量光速失败

“找茬青年”伽利略就不认为光速是无限的，所以在1607年，他就测量光速做过一个实验：

• 两个人站在两个山头，各自拿一盏灯；
• 当看到对面的灯时，就立即用遮蔽物挡住自己的灯；
• 当看到对面的人挡住了灯时（也就是看到对面的灯在视野中消失时）就再次“放出”自己的灯光。

根据山头之间的距离和灯光闪烁的频率，就能计算出光速了！

但由于设备不够精确，光速又太快，所以伽利略失败了。

但是，伽利略留下一句话：这个实验并不能说明光速是否是无限的，但是可以证明，即使光速不是无限大，也是非常、非常大的一个值。

伽利略

（3）利用星星来测光速

1676年，丹麦天文学家罗麦根据木星卫星的运动，第一次真正测量了光速，精度确定在10^8米每秒的量级，终于证明了光速不是无限大的。

木星

类似的，1725年，布莱德雷发现恒星“光行差”，估算出太阳光到地球需要8分钟13秒，再次证明光速不是无限大的。

恒星

（4）旋转齿轮法和旋转镜面法

为了测量光速，1849年9月，法国实验物理学家斐索设计了旋转齿轮法，得到了比较精确的结果（2.99~3.01×10^8m/s）。

斐索

其实，该实验设计的原理和伽利略实验的原理近似，只是用到了更精密的仪器。

旋转齿轮法

一年后的1850年，法国物理学家傅科改进了斐索的方法，用透镜、平面镜和凹镜设计了旋转镜面法，测出了更精确的光速是2.98×10^8米每秒。

预测量光速相比，傅科更为人所知的傅科摆

同时傅科还测算出了光在水中的折射率，验证了光的“波动说”，也成了压死光的“粒子说”的最后一根稻草。

光的波动说

（5）迈克尔逊的旋转棱镜法

迈克尔逊把齿轮法和旋转镜面法做了结合和改进，用一个正八面棱镜替代了旋转平面镜，设计了旋转棱镜法。

迈克尔逊

从1878年到1923年，迈克尔进行了持续50年的测量，把光速的测量精度提高到了非常高的程度。

旋转棱镜法

（6）迈克尔逊-莫雷实验：光速不变

唯一一个在我们榜单中出现两次的人：迈克尔逊，他在和莫雷合作的实验中，得到了光速不变的结果。

年轻的迈克尔逊

而这个实验本身是为了去测量光速的改变——由于地球在“以太”中的运动造成的光速变化。

迈克尔逊-莫雷实验仪器

所以呢，这个实验可以说是一个成功的“失败实验”：在实验上是成功的，但是在寻找“以太”上，它失败了——这个实验也直接证明了“以太”并不存在，并且为爱因斯坦的狭义相对论奠定了实验基础。

当然，迈克尔逊还是很靠谱的，虽然他特别希望能测出光速的变化，前后做了近30年的实验，但是最终他还是很诚恳的公布了结果。

关于以太的其他问题，请点击：

经典物理概念“以太”：从提出到被证伪，科学也可以如此跌宕精彩

迈克尔逊-莫雷实验仪器示意图

03总结

光速作为宇宙中最重要的常数，它的测量工作是非常重要的。

光速的精确测量，体现了实验物理学家高超的技艺。

在光学的发展中，出现过“粒子说与波动说之争”和“以太是否存在”等等重大问题，最终都是通过“测量光速”得以解决的。

“光速不变”更是变相催生了狭义相对论这种改天换地的理论出现。

可以说，光速的测量史就是科学发展史的一个缩影。

（完）

ps：更多关于光的波动说与粒子说之争，迈克尔逊-莫雷实验的具体介绍，请关注后获取。

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