30萬千米每秒的光速是如何測量的？

我們都知道光速是30萬公里每秒,但這個數值是怎麼得到的呢? 首先,第一位在地面做實驗,把光速測出來的是法國科學家飛佐,你敢信他僅僅通過一個巧妙的簡單機構嗎? 瞧瞧,這是一個電動旋轉齒輪,注意哈,這裏重要的是齒的寬度與間隙的寬度要儘可能達到最接近值。 接下來需要設置一個光源,但光源需要集中,可以是普通燈套加上透鏡組。 在它們之間還需要一塊半反光鏡,它其實就是一種表面上右的玻璃,可以讓一部分光線穿過,另一部分光線被反射,然後把它傾斜安放。 最後,在齒輪的另一側放置一面普通鏡子,反射全部光線。 廢話不多說直接開始,當打開光源時,一部分光線會穿過半反射鏡,另一部分光線會被反射,光線瞬間來到齒輪。 如果恰好遇到間隙,光線就會穿過它,直達背後的全反射鏡,然後光束被反射並再次穿過齒輪間隙,照射到半反射鏡上,同樣一部分光會直接穿過,另一部分被反射。 此時反射的光纔是我們觀察的對象,就是眼睛這裏。 現在讓我們旋轉齒輪,這樣做會導致光線不斷被遮擋又穿過,我們觀察就會看到其不斷在閃爍,接着逐漸增加旋轉速度。 當齒輪旋轉達到某一速度時,光線被完全阻擋,此時眼睛位置看不到光。 讓我們看看是什麼原因導致這種情況,我們知道只有當光線穿過齒輪間隙時纔會看到光,當速度到達一定轉速,在光線還未反射回去時,齒輪剛好旋轉一個齒,恰好擋住了反射回來的光線。 注意哈,此處需要它恰好移動了一個齒的距離,如果光線從間隙最右邊緣進入,那麼它將反射到齒的最右邊,間隙中間穿過的光則會照射到齒的中間,間隙左邊穿過光將照射到齒的最左邊, 簡單來說就是隻要通過間隙的光線,最終都會被齒擋住,因此從觀察者的角度看不到光,由此可見光線從齒輪到鏡子,在返回的時間與齒輪旋轉一個齒寬度所需的時間相同。 有了這些信息,如果我們知道齒輪旋轉的速度,就可以算出光速,當時飛左用的齒輪上齒數是720,齒輪的速度約爲每秒13轉,這意味着旋轉一整圈所需的時間是13分之一秒。 現在就可以算出齒輪運動一顆齒的距離所需的時間,整個齒輪有720個齒和720個相同長度的間隙,因此如果我們將完整一圈的旋轉速度除以720加720,此時我們就能得到齒輪旋轉一個間隙寬度或一個齒寬所需的時間爲18720分之一秒。 還需要一個數值,現在齒輪和鏡子之間的距離是8公里,就是要這麼遠,因爲這樣才能擋住反射回來的光線,因此可得光從齒輪到鏡子再返回的總距離就是16公里,16000米。 帶入一個數C,其表示爲光速,則光傳播16000米,所需的時間是16000除以C,上面我們算過,齒輪旋轉一個齒的時間爲18720分之一秒,結合起來就是這個等式,運用初中數學,我們能算出光速大約2.99乘以10的八次方每秒,一般取整數就是30萬千米每秒。 注意哈,重點就是齒輪齒數足夠多,轉速足夠快,齒輪後方的鏡子也需要隔得足夠遠,這些條件都滿足了以後,齒輪才能擋住光線。 不敢想象,究竟需要多麼強大的大腦,才能想出這樣的設計方案,做出這樣的測量工具,真的太聰明瞭。