光速的测定及其意义文献综述

 2022-08-09 15:07:02

光速的测量及其意义

摘要:光速是个重要的物理量,光速的测定在光学的发展史上具有非常特殊而重要的意义。它不仅推动了光学实验的发展,也打破了光速无限的传统观念。在物理学理论研究的发展历程中,它不仅为粒子说和波动说的争论提供了判定的依据,而且最终推动了爱因斯坦相对论理论的发展。

关键词:光速;波;粒子;电磁波。

一、文献综述

光学是一门最古老的物理学分支之一,一直到17世纪人们对光速是否有限还不清楚,科学界对此也还没有定论。早在公元前4世纪,就有人提出,光是运动的,必须花费一些时间来行进,因此,光是具有速度的。这个说法被很多鼎鼎有名的人包括亚里士多德、开普勒、笛卡尔所反对,他们认为,光的传播是瞬间完成的,不需要时间。在科学界,打嘴仗是没有用的,只有实验才能终结争论。除此之外,光的本性问题一直是人们十分关心和热衷探讨的问题。17世纪以来,随着科学技术的发展,这种争论达到了空前激烈的地步,也就是物理学史上著名的微粒说与波动说之争。科学巨匠牛顿关于光的本性是这样认为的:光是由一颗颗像小弹丸一样的机械微粒所组成的粒子流,发光物体接连不断地向周围空间发射高速直线飞行的光粒子流,一旦这些光粒子进入人的眼睛,冲击视网膜,就引起了视觉,这就是光的微粒说。而17世纪荷兰物理学家惠更斯则不这么认为,他认为光是某种振动,以波的形式向外传播。光的微粒说和波动说争执了两个世纪,直到19世纪,麦克斯韦统一了电、磁场理论,预言了电磁波的存在,并且推导出一个常数,后来证明,这就是光速。

  1. 光速测量国内外研究现状

古往今来人们从未停止过对光速的研究,测量光速的方法有很多:罗默利用木星卫星测量光速,布莱德雷的光行差法,斐索的旋转齿轮法,迈克尔逊的旋转棱镜法等等,随便科学技术的发展,测量光速的值越来越精确,比如激光测光速。

  1. 光速测量的历史

(1)从历史上第一人伽利略测量光速的实验开始,他的方法很简单,就是利用这个物理公式,测出光在两座山之间进过的路程和花费的时间,虽然最终失败了,但并不是他的原理错误主要因为:一是光的传播速度非常快,过两座山这个时间是非常短的,用我们日常生活中的测量时间工具是测不出来的;二是没有考虑到人的反应时间,第二个人看到一个人的灯时再举起自己的灯有一定的时间间隔,第一个人看到第二个人举起的灯再计时也需要一定的时间。

(2)接下来是天上第一个测量光速的方法—罗默的“木卫一蚀”,他发现在地球上不同的地方观察木星卫星出现和消失的时间有所不同,之后进过推算,测出光速大概为220000千米/秒这个数值和今天我们知道的光速(约299792千米/秒)相差甚远,但已经是一个非常了不起的结果。

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