天主说,要有光,所以便有了光。
——《创世纪1:3》
人类自从诞生以来,便从来就没中止过对光的寻求。从窟窿年代的钻木取火,到铁器年代的火药火器,从需求凭借月光、萤火照明,到蒸汽年代,电灯的创造使得人类总算能够抵挡无边黑夜。光,帮人们驱逐走了漆黑和愚蠢,更是成为了近代物理学的柱石,对光的研讨,破除了学界对以太的迷信,启发了爱因斯坦关于相对论的研讨,乃至从头界说了“米”和“秒”的常量......
这个摸不着,尝不到的“光”,究竟是怎样被捕捉到,乃至测出速度呢?本少女今天就来讲讲这个,让全人类张狂沉迷的“光”。
人类的追光之路
就像全部中国人都会背:“床前明月光,疑是地上霜。”古代的人们并不知道光是啥东西,也不知道日光、月光是从何而来。不同于中国人将此归因于天神或许皇恩,西方的哲学家和数学家们很早就开端考虑这样的一个问题:光,究竟是什么?
早在公元前490年,希腊的哲学家恩培多克勒就开端考虑光这个东西,然后他调查天,调查地,调查星星,调查月亮,不知怎样地,得出了一个惊天骇俗的定论:光是有速度的!他以为,光线的跋涉也是需求时刻的,可是由于时刻十分短暂,所以咱们发觉不到。这个神人,还在没有望远镜,没有一点物理根底的情况下,推断出来了月光是光反射形成的,日食月食是由于太阳被月亮挡住了等等定论。可是惋惜的是,希腊时期,占有控制方位的观念,是亚里士多德提出来的,他以为:“光是因某物存在所造成的,而不是一种运动的东西。”换言之,他眼里,光是客观存在的物体。
这以后,从13-17世纪,长达几百年的时刻里,各大哲学家,诗人,物理学家为了“光,究竟有没有速度”这件事各持己见,争辩不休。欧几里得以为,光是眼睛发射出来的,所以光速一定是无限的,由于睁开眼睛的片刻,能够正常的看到悠远的物体。开普勒和笛卡尔都以为,光速是无限的,由于咱们的国际里,没有一点能阻挠光速传达的物体。
1638年,伽利略企图丈量光速。他让两个人站在相距一英里的两座山上,每个人拿一盏灯,榜首个人先举起灯,当第二个人看到榜首个人的灯时,当即举起自己的灯,两座山的间隔处理这中心相隔的时刻,便是光的速度。不过伽利略过于轻视了光的速度,或许说高估了人体的反映时刻,试验失利了无数次,终究他懊丧地得出定论,就算光速是优先的,那它必定也快到难以想象的程度。
关于光速的丈量好像走入了死胡同。光速,这个极快速度的物理常量,想要抓住它,当然,仍是要去太空里。
奥秘的木卫之光
1676年11月9日上午5点25分45秒,一个一般的日子,丹麦的天文学家奥勒.罗默有些严重地等待着巴黎天文台的音讯。2个月前,他夸下海口,预言于今天发作的木卫食现象,将推延10分钟。而这全部,都是树立在他长时刻的观测,和一个斗胆地猜想之上的,能够说,他将自己作为科学家的荣誉和庄严都赌在了这个预言之上。
很快,巴黎天文台的音讯传来,今天的木卫食,的确推延了十分钟。
罗默的估测树立在他长时刻对木星的观测上。木星总共有四颗卫星,其间木卫一是最靠近木星的一颗,以每42.5小时一圈的速度绕着木星公转。就像月亮旋转到地球反面会发作月食相同,当木卫一旋转到木星反面时,它也会被木星挡住而消失不见,等旋转出木星反面之后,又会呈现,这种现象被称为“木卫一蚀”。理论上来说,由于木卫一的旋转速度是坚持不变的,它经过木星反面的间隔也是相同的,所以每次木卫一从消失(进入木星反面)到呈现(脱离木星反面)的间隔应该是相同的。
可是罗默却发现,木卫一蚀的时刻,会跟着地球地点的轨迹方位,而发作改动。要解说这一点其实分外的简略,咱们咱们能够看下图,参加B点是木星,当地球绕着太阳公转抵达G点时,发作木卫一蚀,木卫一从C点消失,D点呈现,那么C点离地球的间隔近,D点离地球的间隔远,就会导致咱们更早地发现木卫一的消失,更晚发现木卫一的呈现。当地球公转到L点的时分则刚好反过来,咱们更晚发现木卫一的消失,更早发现木卫一的呈现。这样当地球在G电视,木卫一消失的时刻会比地球在L点时长,由此,罗默计算出了光的速度是3*10^8米/s,现已十分挨近准确地光速了。
从此,人们意识到,光速的确是有限的。之后又有了许多准确丈量光速的办法,例如麦克尔孙的莫雷试验,克尔盒法,变频亮光法等等,将光速准确到了 299,853±60 km/s。
现代物理科学的根底
假如你以为光关于物理学的奉献,仅仅只是它的速度的话,那就太小瞧它了。它不只破除了科学界关于以太的执念,促进了电磁学的开展,还直接激发了爱因斯坦关于狭义相对论的研讨。
在科学家们丈量光速的一起,他们也在对光的存在进行研讨,牛顿一开端以为光是一种微粒,不同色彩的光是不同的微粒,全部的光学现象,都能够用微粒的传达来解说。而惠更斯则提出,光实质是一种波,就像咱们听到的声响和看到的水波相同。
两种学说一向争执不下,直到1800年,英国的科学家托马斯.杨经过双缝干与试验,证明了光的波动性。而波的传达需求介质,这种无处不在的介质是什么呢?其时的科学界共同以为是一种叫做”以太“的东西。
可是跟着电磁学的开展,电磁场、电磁波的发现,科学家们惊讶的看到,电磁波的传达速度和光居然惊人的共同,这样一个时刻段,人们总算能够确认,其实光,便是一种电磁波,所以它并不需求任何介质,也就证明了,以太的不存在。
科学家们关于光的寻找和研讨,正是人类理性思维的表现,光从一开端的神创之物,变为世界中传达的电磁波,从一开端具有无限速度,到最后准确到毫秒的丈量,理性的火光和巨大闪耀其间。当然,现代物理学关于光又有更多的研讨和认知,重视美少女,之后给咱们遍及更多的科学知识~