每秒钟30公里的光速是怎样测定出来的?

每秒钟30公里的光速是怎样测定出来的?

1．微波谐振腔法 1950年埃森最先采用测定微波波长和频率的方法来确定光速．在他的实验中,将微波输入到圆柱形的谐振腔中,当微波波长和谐振腔的几何尺寸匹配时,谐振腔的圆周长πD和波长之比有如下的关系：πD=2.404825λ,因此可以通过谐振腔直径的测定来确定波长,而直径则用干涉法测量；频率用逐级差频法测定．测量精度达10-7．在埃森的实验中,所用微波的波长为10厘米,所得光速的结果为299792.5±1km/s． 2．激光测速法（大学课本） 1790年美国国家标准局和美国国立物理实验室最先运用激光测定光速．这个方法的原理是同时测定激光的波长和频率来确定光速（c=νλ）．由于激光的频率和波长的测量精确度已大大提高,所以用激光测速法的测量精度可达10-9,比以前已有最精密的实验方法提高精度约100倍． 除了以上介绍的几种测量光速的方法外,还有许多十分精确的测定光速的方法． 根据1975年第十五届国际计量大会的决议,现代真空中光速的最可靠值是：c=299792.458±0.001km/s 接近光速时的速度合成 接近光速情况下,笛卡尔坐标系不再适用.同样测量光线离开自己的速度,一个快速追光的人与一个静止的人会测得相同的速度（光速）.这与日常生活中对速度的概念有异.两车以50km/h的速度迎面飞驰,司机会感觉对方的车以50 + 50 = 100km/h行驶,即与自己静止而对方以100km/h迎面驶来的情况无异.但当速度接近光速时,实验证明简单加法计算速度不再奏效.当两飞船以90%光速的速度（对第三者来说）迎面飞行时,船上的人不会感觉对方的飞船以90%c+90%c=180%c光速速度迎面飞来,而只是以稍低于99.5%的光速速度行驶.结果可从爱因斯坦计算速度的算式得出：v和w是对第三者来说飞船的速度,u是感受的速度,c是光速.不同介质中的光速 真空中的光速 真空中的光速是一个重要的物理常量,国际公认值为c=299,792,458米/秒.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,但因过于粗糙而未获成功.1676年,丹麦天文学家O.C.罗默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.1727年,英国天文学家J.布拉得雷利用恒星光行差现象估算出光速值为c=303000千米/秒.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3.1074×105千米/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c=νλ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.介质中的光速 不同介质中有不同的光速值.1850年菲佐用齿轮法测定了光在水中的速度,证明水中光速小于空气中的光速.几乎在同时,傅科用旋转镜法也测量了水中的光速（3/4c）,得到了同样结论.这一实验结果与光的波粒二象性相一致而与牛顿的微粒说相矛盾(解释光的折射定律时),这对光的波动本性的确立在历史上曾起过重要作用.1851年,菲佐用干涉法测量了运动介质中的光速,证实了A.-J.菲涅耳的曳引公式.[玻璃中光速2/3c]