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法国物理学家斐索是第一个采用实验装置测定光速而获得成功的人。1849年,斐索在地面上相当短的距离内,采用了一种非常巧妙的方法,对光速进行了实际测定。他测定光速方法的示意图。在这个实验装置中,有一个转动速度可连续调整的齿轮。从光源发出的光束,经倾斜放置的半透半反射镜反射后,穿过齿轮的一个齿间空隙,投射到与齿轮相距8633米外的平面镜上,然后依原路反射回来,并经过原来的齿间空隙进入观察者的眼睛里。让齿轮转动起来,开始时,眼睛还能够看见灯光,当齿轮转速增大时,穿过齿轮空隙射到平面镜上的光反射回来后刚好被齿轮上空隙旁的齿所挡住,这时观察者看不见反射回来的灯光。如果将齿轮转速继续增大,齿轮正好转过一个齿,反射回来的光再穿过下一个齿间空隙而达到观察者的眼睛里。这样,在这段时间里,光已经经过了2×8633=17266(米)路程,因而观察者重新看见了灯光。斐索设计的齿轮有720齿,转速增大到25.2转/秒时,第一次重新看见灯光。

在这段时间里通过17266米路程,显然,斐索的方法既简单又巧妙,这种方法被称为遮光法。

在斐索的启示下,后来,许多物理学家继续改进测定光速的实验方法,使测定光速的精度不断提高。例如,1862年,法国科学家傅科发明的转镜法,采取一面高速旋转的反射镜,代替斐索的齿轮,用以遮断光束,测得的光速值为2.98×108米/秒。

特别应当介绍的是,美国实验物理学家迈克耳逊进行的一系列光速测定实验。他不断改进方法,提高测量精度,历时50余年。他的整个实验装置分别安装在两座大山顶上,这两座大山之间的距离已由美国海岸大地测量局测定。在威尔逊山顶上装有:强光源、电动旋转八面镜、望远镜、直径60厘米的大凹面镜。在相距35.4公里远处的圣安东尼山顶上装有一块平面镜。在实验过程中,从强光源发出的光,照射到八面镜的镜面1上,此时八面镜是静止的,光被反射而达到凹面镜,又被凹面镜反射而达到圣安东尼山顶上的平面镜,再被反射回凹面镜,最后被反射回到八面镜的另一镜面3上。调节望远镜,恰好能接收到从八面镜的镜面3反射来的光束,从望远镜中观察到反射来的光束,则实验装置就调整好了。这时,让电机驱动八面镜旋转起来,原来从望远镜里看见的光束立即消失了。这是因为,强光源发出的光经镜面、凹面镜、平面镜反射回到八面镜时,八面镜的镜面3已经转过去一个角度,原来能够经过镜面3反射而进入望远镜筒的光束,失去了“良机”,现在已不再能够准确地射入镜筒里。继续加快电机转速,当八面镜旋转到某一转速时,从镜面反射出去的光束,又经过如上所述的一系列镜面的反射,回到八面镜上来的时候,八面镜恰好已转过去,此时镜面2转到了原来静止时镜面3所处的位置上,这样,回来的光束经镜面2反射,又能够准确地进入到望远镜筒里来了,于是,观察者又能够从望远镜里看见光源的光了。从电机的转速可知八面镜转过所经历的时间,而两座大山的山头之间距离是已知的,迈克耳逊根据这段时间和两山距离就算出了光在空气中的速度。

迈克耳逊这种光速测定方法,实际上是对斐索实验装置的改进,把齿轮法和转镜法结合起来,用一个旋转的正八面钢质棱镜代替了齿隙的作用。

从伽利略到迈克耳逊,科学家们在光速测定方面孜孜不卷地工作,使光速的测定数值精度不断提高。但是,由于条件所限,结果还不理想。

现代科学技术的发展,为精确测定光速提供了有效的方法。我们知道,光的波长就是光波在一个振动周期内传播的距离,而光波的频率则为1秒钟内有多少周期振动的次数,因此,1秒钟里光波传播的距离光速激光的波长和频率是十分稳定的,科学家们精确地测定出稳频的氦一氖激光器的激光的波长和频率,而由两者相乘得出了光速的准确数值,其精度比以往的方法提高了几百倍。

现在,真空中光速的较精确的测定值通常,光在真空中的传播速度取为每秒30万公里。光在空气中的传播速度略小,因为差得很少,一般也就取为每秒30万公里。光在其它媒质里的传播速度都比在真空中的传播速度小。光在真空中的传播速度,是一个极重要的物理常数,它涉及到很多方面,不少理论和计算公式都要用到这个值,因此,科学家们还在不断地完善测定手段,光速测定的结果也将越来越精确。

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