光速这么快在以前是怎么测量的（科学家测量光速的历程）

哈喽朋友们，【科学有道理】之光速测量栏目，不知不觉已经讲到第三期了。

从古希腊时期亚里士多德认为的光速无限，到科学大神伽利略测量失败，再到牛顿时代测量的非常粗略的光速数据，最后到迈克尔孙精确测量光速，人类测量的方法不断改进，对光速的认识也越来越准确。

不过，说到底，这些都是近似值。那么，光速的精确值到底是多少呢？读完文章，你就……服了，原来光速和长度最终达成了这样的“协议”……

上一期，我们提到了傅科、迈克尔孙的实验，测量到了非常精确的光速。我们也又讲，在傅科的计算结果出炉的时候，另一个人震惊了，他就是著名的科学大神——麦克斯韦。他发现，傅科测量的光速，和他理论推导的电磁波速度非常近似，于是开始怀疑光速和电磁波在本质上是一样的。可惜，他还没来得及推导，就被死神给推倒了。

到了20世纪，光的本质已经越来越清晰，最终科学家们确定，光确实是电磁波的一种。所以，如果想要知道光速，利用波的原理就可以测量。这个原理，就是基本的高中物理知识了：波速=波长乘以频率。

到了1972年，美国国家标准局的埃尔森测量了甲烷激光的波长和频率。这种方法，可以大大减少有可能导致误差的因素，因此频率和波长的测量是相对非常精确的，所以他计算的光速也是极其精准的，结果为299792.5±1km/s。

不仅如此，在1983年的时候，国际计量大会决定，国际长度单位——米，将根据光速重新定义。换句话说，我们追求的不再是光在每秒能传播多少米，而是以光的速度来定义1米有多长。从此，1米的定义就是：真空中的光在一秒内传播距离的1/299792458。

至此，关于光在真空中的传播速度，彻底画上了一个句号。而根据爱因斯坦的相对论，这也是宇宙物质的速度上限，决定着宇宙的命运。

曾经难倒大量科学家的光速，其实现在你在家就能测量，那就是利用家里的微波炉。

在学习这个方法之前，我们要先明白微波炉的原理。微波炉之所以可以加热食物，是因为它可以发出超高频率的微波。自然界中的微波其实到处都是，但它们不能加热物体，关键在于它们过于分散。而微波炉则是构成了一个封闭的微波谐振腔，集中放射高频率微波。通过微波振荡食物内部的微粒，激起这些粒子的微观运动更加剧烈，宏观上的表现就是升温了。

微波和光波一样，本质上都是电磁波。因此，只要计算出你家微波炉所发射的微波的速度，就可以计算光速了。

这里微波的速度计算，也是很简单的，其实也是和埃尔森一样，先求出波长和频率就可以。频率很简单，因为微波炉的标签上写得明明白白，一般都是2450M赫兹，也就是每秒钟振荡24.5亿次（如果你想试一试做这个实验，就具体参照你家微波炉的频率）。所需要求的，就是波长了。

我们知道，所谓的微波，其实就是波长在0.1毫米~1米之间的电磁波。放心，你家微波炉的微波波长不会恰好就在下限范围，总之，这个波长用你家的尺子就可以测量出来。

说了这么多，这个波长怎么测量呢？

其实很简单，拿一块比较大的巧克力就行了。如果不放巧克力，黄油这种比较容易融化的东西也行，本文就按巧克力说吧。接下来，按照宋丹丹往冰箱里放大象的步骤，把巧克力放进去。

加热。

时间不需要长，10秒10秒来就行，如果全都融化了，就没法测量了。

如果你加热的时间控制得好，那么你就会发现这块巧克力不是全部融化，而是从中间融化的，而且不是连续融化的，是一块一块融化的。那么，这两个融化点的圆心之间的距离，就是半个波长。

为啥是半个波长？

因为电磁波是横波啊，也就是波浪形的，就是下图这样的。

字母是用鼠标写的，有点丑，大家别喷我……

你的巧克力是放在这条横线上的，黄色的圈构成的曲线就是微波的图像，A~C才是一个完整的周期，但是B也在线上，所以A、B、C三点都会有巧克力融化的小洞。

所以，AC的长度就是你家微波炉所释放微波的波长，再乘以标签上的频率，就知道电磁波、也就是光的传播速度了！

看，科技的发展，让以前无数科学家用精密仪器、绞尽脑汁的办法，都难以测量的光速，变成了我们普通人家都可以测量的数据。

为了满足某些人自己动手的欲望，我们这里就不给数据了，大家感兴趣可以自己在家做实验，测算光速哦。看过前几期节目的朋友还记得，牛顿当时估算的光速每秒21万公里，是现在精确数值的70%左右。毕竟，那时候也没有微波炉这种“高科技”产物。

我想说，用你家的微波炉测量光速虽然不会有现代科学家那么精确，至少比牛顿大爷估算的数据准确得多……

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