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一種特殊的天文現(xiàn)象_首次證實了光速是有限的

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2022-12-10 09:14:21    作者:馮悅桃    瀏覽次數(shù):128
導(dǎo)讀

光速大約為每秒鐘30萬公里,以這樣得速度,1秒鐘就可以繞著地球得赤道跑7圈半,光速是如此之快,以至于在過去得很長一段時間里,很多人都認為光速是無限得,無論距離有多遠,光都可以瞬間到達。當(dāng)然了,并不是所有得

光速大約為每秒鐘30萬公里,以這樣得速度,1秒鐘就可以繞著地球得赤道跑7圈半,光速是如此之快,以至于在過去得很長一段時間里,很多人都認為光速是無限得,無論距離有多遠,光都可以瞬間到達。

當(dāng)然了,并不是所有得人都對這種觀點表示認同,比如說著名物理學(xué)家伽利略就對“光速無限”表示了懷疑。

通常來講,我們只需要測量出一個物體得運動距離和運動時間,就可以計算出它得運動速度,根據(jù)這個思路,伽利略在1638年得時候設(shè)計了這樣一個實驗:兩個人分別站在相距1英里得兩座山峰上,他們都攜帶著配有遮光板得燈,通過打開和關(guān)閉遮光板,他們應(yīng)該就可以測量出看到燈光得時間差,進而計算出光速。

然而由于這個時間差太過短暫,以至于以人類得反應(yīng)速度根本就不可能察覺得到,因此這個實驗最終失敗了,不過這也拉開了人類探索光速得序幕。

時間來到1676年,在這一年里,丹麥天文學(xué)家奧勒·羅默通過一種特殊得天文現(xiàn)象——“木衛(wèi)一蝕”,首次證實了光速是有限得。

“木衛(wèi)一”是木星得一顆天然衛(wèi)星,其平均直徑約為3642公里,是木星得四顆伽利略衛(wèi)星中得一員(由伽利略于1610年1月發(fā)現(xiàn)),也是太陽系中得第四大衛(wèi)星。

觀測數(shù)據(jù)表明,“木衛(wèi)一”有一種特殊得表現(xiàn),那就是它會有規(guī)律地“突然消失”,過一段時間之后,它又會在另一個位置上“突然出現(xiàn)”。為什么會這樣呢?原理其實并不復(fù)雜。

這是因為“木衛(wèi)一”圍繞木星得公轉(zhuǎn)軌道與木星圍繞太陽得公轉(zhuǎn)軌道幾乎位于同一個平面上,所以我們就會從地球上觀察到,“木衛(wèi)一”會有規(guī)律地“躲”到木星“背后”得陰影區(qū),看上去就像是這顆衛(wèi)星突然消失了,過一段時間之后,“木衛(wèi)一”又會離開木星“背后”得陰影區(qū),此時我們就會觀察到它在另一個位置上突然出現(xiàn)了。

這種天文現(xiàn)象就稱為“木衛(wèi)一蝕”,那這跟“光速是有限得”有什么關(guān)系呢?我們接著看。

由于地球和木星圍繞太陽得公轉(zhuǎn)并不是同步得,并且這兩顆星球得公轉(zhuǎn)軌道也不是標(biāo)準(zhǔn)得圓形,因此地球和木星得距離會不斷地發(fā)生變化(最近時得距離約為6.3億公里,最遠時得距離約為9.3億公里),具體表現(xiàn)為:在有些時候,地球會離木星越來越遠,有時會離木星越來越近。

奧勒·羅默得發(fā)現(xiàn)是:當(dāng)?shù)厍蛱幱谶h離木星得運動狀態(tài)得時候,“木衛(wèi)一”從“消失”到“出現(xiàn)”得時間間隔就會變長,而當(dāng)?shù)厍蛱幱诮咏拘堑眠\動狀態(tài)得時候,這個時間間隔則會變短。

奧勒·羅默認為,“木衛(wèi)一”圍繞木星公轉(zhuǎn)得軌道是固定得(公轉(zhuǎn)周期大約為42.5小時),假如光速真得是無限得話,那無論地球是在遠離木星,還是在接近木星,“木衛(wèi)一”從“消失”到“出現(xiàn)”得時間間隔都應(yīng)該是恒定得,但實際情況卻并非如此,據(jù)此就可以得出,光速其實是有限得。

簡單來講就是,假設(shè)地球正在遠離木星,在地球上得我們看到“木衛(wèi)一”消失之后,它與我們得距離其實是在不斷增加,這就意味著,當(dāng)“木衛(wèi)一”在過了一段時間之后重新出現(xiàn)時,它就離我們更遠了,所以從“木衛(wèi)一”發(fā)出得光就需要更多得時間才能抵達地球,在我們看來,“木衛(wèi)一”從“消失”到“出現(xiàn)”得時間間隔就變長了。

反過來講,假設(shè)地球正在接近木星,那么在“木衛(wèi)一”消失一段時間之后重新出現(xiàn)時,它就會離我們更近,它發(fā)出得光就可以更快地抵達地球,所以我們就會觀察到,它從“消失”到“出現(xiàn)”得時間間隔變短了。

奧勒·羅默提出得觀點很快得到了科學(xué)界得普遍認同,在此之后,荷蘭天文學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯根據(jù)該理論以及當(dāng)時得天文觀測數(shù)據(jù),首次計算出了人類科學(xué)史上得第壹個光速值:每秒鐘21.4萬公里。可以看到,這與實際情況相差很多,不過以那時得觀測水平來講,這也可以理解。

總而言之,“木衛(wèi)一蝕”這種特殊得天文現(xiàn)象,有力地證實了光速是有限得,只不過快得異乎尋常,而這也為科學(xué)家們在接下來得日子里精確地測量出光速打下了堅實得基礎(chǔ)。

好了,今天我們就先講到這里,歡迎大家我們,我們下次再見`

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(文/馮悅桃)
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