A. 光速的研究历史
真空中的光速是一个物理常量,国际公认值为c=299792458m/s。17世纪前人们以为光速为无限大,意大利物理学家G.伽利略曾对此提出怀疑,并试图通过实验来检验他设想,在距离很远的两个地方,两人互相用灯光传递信号,最终没能成功。
艾萨克·牛顿也接受光速是有限的观念,在他1704年出版的书《光学》中,他提出光每秒钟可以横越地球16.6次(相当于210,000公里/秒,比正确值低了30%)。这似乎是他自己的推断(不能确知他是否有引用或参考罗默的数据)。
1676年,丹麦天文学家奥劳斯·罗默(1644~1710)利用木星卫星的星蚀时间变化证实光是以有限速度传播的。他利用木星的木卫一在木星在木星圆面上的投影作周期性变化的现象,第一次定量的估计出光速。艾欧的公转轨道可以用来计算时间,因为它会规律的进入木星的阴影中一段时间。罗默观测到当地球在最接近木星时,艾欧的公转周期是42.5小时,当地球远离木星时,艾欧从阴影中出现的时间会比预测的越来越晚,很明显的是因为木星与地球的距离增加,使得信号要花更多的时间传递。光要通过行星之间增加的距离,使得计时的信号在第一次和下一次之间因而延长了额外的时间。当地球向木星接近时,情形则正好相反。罗默观测到艾欧在接近的40 个轨道周期中周期比远离的40个轨道周期缩短了22分钟。以这些观测为基础,罗默认为在80个轨道周期中光线要多花费22分钟行走艾欧与地球之间增加的距离。这意味着地球经历了80个艾欧轨道周期(42.5小时)的时间,光线只要花22分钟。这对应于一个地球在轨道上绕着太阳运动和光速之间的一个比例。意味着光速是地球的轨道速度的9,300倍,与现 在的数值10,100倍比较,相差较小。但是因为这种观测是很困难的,因而日后被其他的方法所取代。
在当时,天文单位的估计数值是大约1亿4千万公里。克里斯蒂安·惠更斯结合了天文单位和罗默的时间估计,每分钟的光速是地球直径的1,000倍,他似乎误解了罗默22分钟的意思,以为是横越地球轨道所花费的时间。这相当于每秒220,000公里(136,000英里),比现 在采用的数值低了26%,但仍比当时使用其他已知的物理方法测得的数值为佳。
即使如此,靠著这些观测,光速是有限的仍不能被大众满意的接受(著名的有吉恩·多米尼克·卡西尼),直到在詹姆斯·布雷德里(1728)的观测之后,光速是无限的想法才被扬弃。布雷德里推论若光速是有限的,则因为地球的轨道速度,会使抵达地球的星光有一个微小角度的偏折,这就是所谓的光行差,他的大小只有1/200度。布雷德里计算的光速为298,000公里/秒(185,000英里/秒),这与现 在的数值只有不到1%的差异。光行差的效应在19世纪已经被充分的研究,最著名的学者是瓦西里·雅可夫列维奇·斯特鲁维。
1849年,法国物理学家A.H.L.菲佐用旋转齿轮法首次在地面实验室中成功地进行了光速测量,最早的结果为c=315000千米/秒。1862年,法国实验物理学家J.-B.-L.傅科根据D.F.J.阿拉戈的设想用旋转镜法测得光速为c=(298000±500)千米/秒。19世纪中叶J.C.麦克斯韦建立了电磁场理论,他根据电磁波动方程曾指出,电磁波在真空中的传播速度等于静电单位电量与电磁单位电量的比值,只要在实验上分别用这两种单位测量同一电量(或电流),就可算出电磁波的波速。1856年,R.科尔劳施和W.韦伯完成了有关测量,麦克斯韦根据他们的数据计算出电磁波在真空中的波速值为3.1074×10^5千米/秒,此值与菲佐的结果十分接近,这对人们确认光是电磁波起过很大作用。
1926年,美国物理学家A.A.迈克耳孙改进了傅科的实验,测得c=(299796±4)千米/秒,他于1929年在真空中重做了此实验,测得c=299774千米/秒。后来有人用光开关(克尔盒)代替齿轮转动以改进菲佐的实验,其精度比旋转镜法提高了两个数量级。1952年,英国实验物理学家K.D.费罗姆用微波干涉仪法测量光速得c=(299792.50±0.10)千米/秒。此值于1957年被推荐为国际推荐值使用,直至1973年。
1972年,美国的K.M.埃文森等人直接测量激光频率ν和真空中的波长λ,按公式 (其中v为真空中电磁波的速度, 为真空磁导率, 为真空介电常数)算得c=(299792458±1.2)米/秒。1975年第15届国际计量大会确认上述光速值作为国际推荐值使用。1983年17届国际计量大会通过了米的新定义,在这定义中光速c=299792458米/秒为规定值,而长度单位米由这个规定值定义。既然真空中的光速已成为定义值,以后就不需对光速进行任何测量了。
1983年,光速取代了保存在巴黎国际计量局的由90%铂和10%铱的合金制成的米原器被选作定义“米”的标准,并且约定光速严格等于299,792,458m/s,此数值与当时的米的定义和秒的定义一致。后来,随着实验精度的不断提高,光速的数值有所改变,米被定义为 秒内真空中光通过的路程。
1849年,菲索用旋转齿轮法求得 。他是第一位用实验方法,测定地面光速的实验者。实验方法大致如下:光从半镀银面反射后,经高速旋转的齿轮投向反射镜,再沿原路返回。如果齿轮转过一齿所需的时间,正好与光往返的时间相等,就可透过半镀银面观测到光,从而根据齿轮的转速计算出光速。
1862年,法国的傅科用旋转镜法测空气中的光速,原理和斐索的旋转齿轮法大同小异,他的结果是 。
第三位在地面上测到光速的是考尔纽。1874年他改进了菲索的旋转齿轮法,得 。
阿尔伯特·迈克耳孙改进了傅科的旋转镜法,多次测量光速。1879年,得 c = (2.99910±0.00050) ×10^8m/s ;1882年得 。后来,他综合旋转镜法和旋转齿轮法的特点,发展了旋转棱镜法,1924~1927年间,得 。
迈克耳逊在推算真空中的光速时,应该用空气的群速折射率,可是他用的却是空气的相速折射率。这一错误在1929年被经改正后,1926年的结果应为 。
后来,由于电子学的发展,用克尔盒、谐振腔、光电测距仪等方法,光速的测定,比直接用光学方法又提高了一个数量级。
60年代雷射器发明,运用稳频雷射器,可以大大降低光速测量的不确定度。
1973年达0.004 ppm,终于在1983年第十七届国际计量大会上作出决定,将真空中的光速定为精确值。
近代测量真空中光速实验的简表: 年代 主持人 方式 光速(km/s) 不确定度(km/s) 1907 Rosa、Dorsey Esu/emu* 299784 15 1928 Karolus 等 克尔盒 299786 15 1947 Essen 等 谐振腔 299792 4 1949 Aslakson 雷达 299792.4 2.4 1951 Bergstand 光电测距仪 299793.1 0.26 1954 Froome 微波干涉仪 299792.75 0.3 1964 Rank 等 带光谱 299792.8 0.4 1972 Bay 等 稳频氦氖雷射器 299792.462 0.018 1973 平差 299792.4580 0.0012 1974 Blaney 稳频CO2雷射器 299792.4590 0.0006 1976 Woods 等 299792.4588 0.0002 1980 Baird 等 稳频氦氖雷射器 299792.4581 0.0019 1983 国际协议 (规定) 299792.458 (精确值) (注:esu即electrostatic units的缩写;emu为electromagnetic units的缩写。)
B. 谁发现的光速
1849年斐索(A.H.Fizzeau)用旋转齿轮法第一个用实验方法测定了地面光速。光的传播速度及其测量与物理学中许多基本问题有密切关系。光速C是一个基本物理常数。光速的测量是物理学中一个十分 重要的课题。回溯光速测量的历史,首先想到的是近代物理的奠基者伽利略(G.Galileo),他第一个提出光速为有限的概念, 并试图测量光速。早在1676年天文学家罗迈(O.Roemer)从木星卫星的观测推算出光速的数值。1849年斐索(A.H.Fizzeau)用旋转齿轮法第一个用实验方法测定了地面光速。1862年傅科(J.L.Foucault)用旋转镜法测得空气中的光速。
特别应该提到的是迈克尔逊(A.A.Michelson)对光速作了多次系统的测量,为深入了解光的本性和建立新的物理原理提供了宝贵的资料,是斐索测出光速。光在真空中的传播速度是每秒299792458米。光源的移动速度可以改变光的传播速度。观测者和光源在同一位置,光在真空中的传播速度是每秒299792458米。如果光源向正前方移动,光向正前方的传播速度是光速,加上光源移动速度。如果光源向正后方移动,光向正前方的传播速度是光速,减去光源的移动速度。如果光源高速远离观测者,观测者到光源这段距离。光的传播速度,是光速减去光源远离观测者的移动速度,光到达观测者时,光的频率会降低。如果光源高速移向观测者,观测者到光源的这段距离,光的传播速度是光速加上光源靠近观测者的移动速度,光到达观测者时,光的频率会增高。《在真空光离开光源的传播速度是每秒299792458米。通常我们认为光在宇宙空间的传播速度是恒定的。也是每秒299792458米。这是一个错误的认识。我们知道,在地球上不管任何时间、任何地点、任何方向发出一束光,我们会发现光速是一个恒定的数字,是每秒299792458米。也就是说光离开地球的传播速度和地球的运动速度没有关系,我们知道,地球在自转,地球围绕太阳转,太阳围绕银河系转,银河系在每秒600公里的速度移动。如果多数速度组合在一起。
这个速度是惊人的,地球这么快的速度运行、为什么不会影响光离开地球的传播速度呢。原因只有一个,那就是地球的运动速度,不会改变光离开地球的传播速度。也就是说光离开光源的传播速度是每秒299792458米。光在宇宙空间内的传播速度,是光离开光源的传播速度,和光源移动速度的合成速度。高速远离地球的光源,光来到地球需要更长的时间,也可以说高速移向地球的光源,光来到地球的时间会更快。这就是说光源的移动速度能改变光在宇宙空间内的传播速度。
这我们可以用实验证实.我们在直径三米垂直于水平面的圆盘边缘放一束和圆盘垂直强光束,让光穿过和地面垂直的缝隙,照射到距离缝隙30公里的显光板上,我们把转盘旋转一周,我们会看到有两个光点在水平垂直线上,我们在把转盘以每秒1000转的速度旋转,我们会发现,两个光点各在显光板上向转盘转动方向移动了接近一米的距离。这就是说光源的移动速度能改变、光的传播方向,形成合成速度,也就是说移动的光源能改变、光在宇宙空间内的传播速度和传播方向》。
C. 光速qa是谁发明的
光速qa是被Best Riven NA 发明的。
D. 是谁最先测出光速的
光速的测量,首先在天文学上获得成功,这是因为宇宙广阔的空间提供了测量光速所需要的足够大的距离.早在1676年丹麦天文学家罗默(1644—1710)首先测量了光速.由于任何周期性的变化过程都可当作时钟,他成功地找到了离观察者非常遥远而相当准确的“时钟”,罗默在观察时所用的是木星每隔一定周期所出现的一次卫星蚀.他在观察时注意到:连续两次卫星蚀相隔的时间,当地球背离木星运动时,要比地球迎向木星运动时要长一些,他用光的传播速度是有限的来解释这个现象.光从木星发出(实际上是木星的卫星发出),当地球离开木星运动时,光必须追上地球,因而从地面上观察木星的两次卫星蚀相隔的时间,要比实际相隔的时间长一些;当地球迎向木星运动时,这个时间就短一些.因为卫星绕木星的周期不大(约为1.75天),所以上述时间差数,在最合适的时间(上图中地球运行到轨道上的A和A’两点时)不致超过15秒(地球的公转轨道速度约为30千米/秒).因此,为了取得可靠的结果,当时的观察曾在整年中连续地进行.罗默通过观察从卫星蚀的时间变化和地球轨道直径求出了光速.由于当时只知道地球轨道半径的近似值,故求出的光速只有214300km/s.这个光速值尽管离光速的准确值相差甚远,但它却是测定光速历史上的第一个记录.后来人们用照相方法测量木星卫星蚀的时间,并在地球轨道半径测量准确度提高后,用罗默法求得的光速为299840±60km/s
E. 是谁发现的光速
在光速的问题上物理学界曾经产生过争执,开普勒和笛卡尔都认为光的传播不需要时间,是内在瞬时进容行的。但伽利略认为光速虽然传播得很快,但却是可以测定的。1607年,伽利略进行了最早的测量光速的实验。伽利略的方法是,让两个人分别站在相距一英里的两座山上,每个人拿一个灯,第一个人先举起灯,当第二个人看到第一个人的灯时立即举起自己的灯,从第一个人举起灯到他看到第二个人的灯的时间间隔就是光传播两英里的时间。但由于光速传播的速度实在是太快了,这种方法根本行不通。但伽利略的实验揭开了人类历史上对光速进行研究的序幕。
1676年,丹麦天文学家罗麦第一次提出了有效的光速测量方法。他在观测木星的卫星的隐食周期时发现:在一年的不同时期,它们的周期有所不同;在地球处于太阳和木星之间时的周期与太阳处于地球和木星之间时的周期相差十四五天。他认为这种现象是由于光具有速度造成的,而且他还推断出光跨越地球轨道所需要的时间是22分钟。1676年9月,罗麦预言预计11月9日上午5点25分45秒发生的木卫食将推迟10分钟。巴黎天文台的科学家们怀着将信将疑的态度,观测并最终证实了罗麦的预言。
F. 光速是怎样被发现的
1光速的测量
真空中的光速是最古老的物理常量之一。伽利略曾经建议,使光行一段7.5千米的路程以测定其速度,但因所用的设备不完善而未成功。
1676年,丹麦天文学家罗迈第一次提出了有效的光速测量方法——利用木星卫星的成蚀。惠更斯根据罗迈提出的数据和地球的半径,第一次计算出了光的传播速度约为200000千米/秒;1728年,英国天文学家布拉德雷得出光速为310000千米/秒;1849年,法国人菲索测得光速是315000千米 /秒;1850年,法国物理学家傅科测出光速是298000千米/秒;1874年,考尔纽测得光速为299990千米/秒。接下来以光速测定为终身目标的是迈克耳孙。
迈克耳孙1873年毕业于美国海军学院,并留校教物理和化学。大约在5年后,开始进行光速的测量工作,随后游学欧洲,在德国和法国学习光学。回国后离开海军成为凯斯学院物理学教授。迈克耳孙因为精密光学仪器和和借助这些仪器进行的光谱学和度量学的研究工作作出的贡献获得1907年的诺贝尔物理学奖。
迈克耳孙自己设计了旋转镜和干涉仪,用以测定微小的长度、折射率和光波波长。1879年,他得到的光速为299910±5千米/秒;1882年,他得到的光速为299853±6千米/秒。这个结果被公认为国际标准,沿用了40年。迈克耳孙最后一次测量光速在加利福尼亚两座相差35千米的山上进行的,光速测量精确度最后达到了299798±4千米/秒。他就在这次测量过程中中风,于1931年去世。
在激光得以广泛应用以后,开始利用激光测量光速。其方法是测出激光的频率和波长,应用c=λν计算出光速c,目前这种方法测出的光速是最精确的。根据 1975年第15届国际计量大会决议,把真空中光速值定为c=299 792 458米/秒。在通常应用多取c=3×10^8米/秒。
2 威里布里德.斯涅耳(Willebrord Snell Van Roijen 1591-1626),荷兰莱顿人,数学家和物理学家,曾在莱顿大学担任过数学教授。斯涅尔最早发现了光的折射定律,从而使几何光学的精确计算成为了可能。
一、前人对光折射的研究
古希腊人最早对光现象进行数学处理,欧几里德在他的《光学》里总结了到他那时为止已有的关于光现象的知识和猜测。那时的人们已经知道,在眼睛和被观察物体之间行进的光线是直线;当光线从一个平面反射时,入射角和反射角相等。在这个时期,折射现象虽已为人所知,但还属于经验上的讨论。
古希腊科学典籍中关于光折射的实验记载寥寥无几,最早的应该是公元二世纪托勒密(创建连接到科学人:托勒密,已发布)所做的光的折射实验。他在一个圆盘上装两把能绕盘心旋转的尺子,将圆盘的一半浸入水中。让光线由空气射入水中,就得到它在水中的折射光线,转动两把尺子,使它们分别与入射光线和折射光线重合。然后取出圆盘,按尺子的位置刻下入射角和折射角。他所测出的一系列数据是非常精确的。托勒密大致假定了光的入射角和折射角之间,有一直接的比例关系。托勒密依靠经验发现了折射的规律,但却没有由此得出精确的折射定律。
1609年,伽利略制成了望远镜,并利用他进行了很多科学观测。这些新的发现激励开普勒光折射现象进行了深入的研究,并于1611年出版了《折射光学》一书。开普勒的研究表明,对于两种给定的媒质,小于30度的入射角同相应的折射角成近似固定的比,对于玻璃或水晶,这个比约为3:2。他还表明,这个比对于大的入射角不成立。开普勒试图通过实验发现精确的折射定律,他的方法虽然是正确的,却没有得到其中有规律性的联系。但是,开普勒的研究为后来斯涅耳得出折射定律起到了一定的启示作用。
二、折射定律的得出
大约是在1621年,斯涅耳通过实验确立了开普勒想发现而没有能够发现的折射定律。当时斯涅耳注意到了水中的物体看起来象漂浮的现象,并试图揭开其中的奥秘。由此便引出了他对折射现象的研究。
在总结托勒密、开普勒等前人的研究成果后,斯涅耳做了进一步的实验。在实验中,斯涅耳应用开普勒的方法发现:从空气到水里并落在容器垂直面上的一条光线在水中所走的长度,同该光线如按未偏离其原始方向而本来会通过的路程成一定的比。他指出:折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内,入射光线和折射光线分别位于法线两侧,入射角的正弦和折射角的正弦的比值对于一定的两种媒质来说是一个常数。这个常数是第二种媒质对第一媒质的相对折射率,即:sin i1/sin i2 =n21 ,n21 = n2 / n1 。其中i1和i2分别为入射角和折射角;n21为折射光所在媒质对入射光所在媒质的相对折射率;n2和n1为两种媒质的绝对折射率。斯涅耳的这一折射定律(也称斯涅耳定律)是从实验中得到的,未做任何的理论推导,虽然正确,但却从未正式公布过。只是后来惠更斯和伊萨克.沃斯两人在审查他遗留的手稿时,才看到这方面的记载。
首次把折射定律表述为今天的这种形式的是笛卡儿,他没做任何的实验,只是从一些假设出发,并从理论上推导出这个定律的。笛卡儿在他的《屈光学》(1637)一书中论述了这个问题。
折射定律是几何学的最重要基本定律之一。斯涅耳的发现为几何光学的发展奠定了理论基础,把光学发展往大大的推进了一步。
三、斯涅耳的数学成就
斯涅耳在数学上也颇有成就。他善于实验和测量。1617年,他运用三角方法,精确地测量了地球的大小,且测出了纬度一度为66.66英国法定里。他得出的这一数据比前人的数据精确的多,所以后来被引用在《函数尺和直角仪的说明》以及《地理学》等书中。
G. 光速是谁发现的 人和光的正确速度!
伽利略和罗麦
光速 = 299 792 458 m / s
H. 光速是谁发现的
伽利略和罗麦
光速 = 299 792 458 m / s
I. 超光速运动最早在什么时候发现的
超光速运动首次发现抄于1970年代早期,一开始被视为不利于类星体具有宇宙论尺度距离说法的一项证据。虽然一些天文物理学家仍为这论点辩解,多数人相信这个大于光速的外显速度是一种光学错觉(opticalillusion),并不包含任何与狭义相对论相违背的物理学。
J. 中国的光速列车是今年刚发明的吗
列车这玩意,用发明是不太合适的,制造还差不多。
而且光速只是个形容词,实际上是用来形容速度很快,但跟光速比还差的老远了。
而且应该还没投入运营,只是生产出来的样车,也就是实验和研究用的。