340年前怎幺光速测定的?Ole Romer 奥勒·罗默告诉

2020-06-05  阅读 826 次

340 年前光速这样测定来的吗?速度的词彙中,除了我们常见的时速之外,相信大家也一定听过音速与光速两个速度名词。但大家知道光速这个速度名词是如何测定的吗?又是哪位科学家将光速测定出来的呢?其实,光速测定是一位来自丹麦的天文学家奥勒·罗默在 1676 年测定的成果,而 Google 为了纪念光速测定满 340 週年,特别在首页换上了当初测定光速的科学家奥勒·罗默的动画,以及当初测定光速时所使用的公式与器材,以纪念测定光速 340 週年纪念日。

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在讨论光速测定之前,我们先来聊聊何谓光速?白话一点的说法,光速意指光在真空中的速率,是一个物理常数,同时也是目前世界上发现最快的速度名词,当物体在真空状态中,移动速度达到精确值为 299,792,458 公尺每秒(≈3.00×108 m/s)时,也就是在真空状态中,移动速度达到约 30 万公里/秒的时候,就会进入光速。而光速移动速度之快,以物体绕行地球赤道一圈的距离来看,光速大约可以在一秒内绕行地球赤道七圈之多。

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(图片引用)

而光速测定,是在 1676 年时,被当时就职于巴黎天文台的丹麦天文学者奥勒·罗默实验验证的,当时罗默估计,传播等同于地球绕太阳公转轨道直径的距离,光波需要大约 22 分钟时间,这大约等于 220,000公里每秒,比实际数值低了 26%。不过,后来发现这可能是因为木星的轨道根数的错误所造成的误差,使得罗默认为木星比实际更接近太阳。至于罗默怎样计算出这数值,大部分资料在 1728 年哥本哈根的大火中已遭到焚毁,大火中仅存一篇手稿,内容有约 60 笔从 1668 年至 1678 年观察木卫一蚀的数据资料。值得注意的是,内容除了记载约 60 笔资料外,还同时纪载了分别在两个冲日点 1672 年 3 月 2 日、1673 年 4 月 2 日两边的两组观察数据。在一封于 1677 年 9 月 30 日写给惠更斯的信裏,罗默表示,这些从 1671 年至 73 年的观察数据是运算的主要依据。

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(图片引用)

存留下来的手稿是在最后一笔天文观察纪录(日期为 1 月 6 日)之后才撰写完成,因此是在罗默写信给惠更斯之后,而罗默似乎在蒐集关于伽利略卫星被掩蔽的数据,并且纪录在一本备忘录里。手稿也纪录了在冲日点 1676 年 7 月 8 日两边的观察数据,这是罗默发表结果的依据。不过,事情可没有想像中这幺顺利。在 1676 年 8 月 22 日时,卡西尼向巴黎的皇家科学院宣布,他将会改变他计算木卫一蚀所使用的方法。他也表示出原因:「这二个不等式似乎是因为光波需要一段时间从卫星传播至我们,光波似乎需要 10 至 11 分钟来传播等同于地球绕太阳公转轨道半径的距离。」最为关键的,卡西尼预测,1676 年 11 月 16 日的木卫一蚀的现蹤时间会比先前计算方法得到的结果早 10 分钟。虽然并没有任何关于木卫一蚀 11 月 16 日现蹤,只有 11 月 9 日现蹤的观察数据纪录,但罗默则是用这证据于 11 月 22 日解释他的新算法给皇家科学院的学者。虽然,皇家科学院的原本会议纪录已不存在,但是罗默发表纪录已被刊登于 12 月 7 日《学者期刊》(Journal des sçavans)的新闻报告。这篇报告又被翻译与发表在 1677 年 7 月 25 日。在当时,罗默的理论颇具争议性,他无法让那时在巴黎天文台担任主任的乔凡尼·卡西尼完全接受他的理论。但是,他的理论很快的让克里斯蒂安·惠更斯、艾萨克·牛顿等等许多自然哲学者肯定。后来,到了 1729 年,英国天文学者詹姆斯·布拉德雷(James Bradley)对于恆星视差的解释,确认了罗默的观测结果的正确性。

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