一种特殊的天文现象,首次证实了光速是有限的

一种特殊的天文现象,首次证实了光速是有限的

光速大约为每秒钟30万公里,以这样的速度,1秒钟就可以绕着地球的赤道跑7圈半,光速是如此之快,以至于在过去的很长一段时间里,很多人都认为光速是无限的,无论距离有多远,光都可以瞬间到达。

当然了,并不是所有的人都对这种观点表示认同,比如说著名物理学家伽利略就对“光速无限”表示了怀疑。

通常来讲,我们只需要测量出一个物体的运动距离和运动时间,就可以计算出它的运动速度,根据这个思路,伽利略在1638年的时候设计了这样一个实验:两个人分别站在相距1英里的两座山峰上,他们都携带着配有遮光板的灯,通过打开和关闭遮光板,他们应该就可以测量出看到灯光的时间差,进而计算出光速。


然而由于这个时间差太过短暂,以至于以人类的反应速度根本就不可能察觉得到,因此这个实验最终失败了,不过这也拉开了人类探索光速的序幕。

时间来到1676年,在这一年里,丹麦天文学家奥勒·罗默通过一种特殊的天文现象——“木卫一蚀”,首次证实了光速是有限的。

“木卫一”是木星的一颗天然卫星,其平均直径约为3642公里,是木星的四颗伽利略卫星中的一员(由伽利略于1610年1月发现),也是太阳系中的第四大卫星。

观测数据表明,“木卫一”有一种特殊的表现,那就是它会有规律地“突然消失”,过一段时间之后,它又会在另一个位置上“突然出现”。为什么会这样呢?原理其实并不复杂。

这是因为“木卫一”围绕木星的公转轨道与木星围绕太阳的公转轨道几乎位于同一个平面上,所以我们就会从地球上观察到,“木卫一”会有规律地“躲”到木星“背后”的阴影区,看上去就像是这颗卫星突然消失了,过一段时间之后,“木卫一”又会离开木星“背后”的阴影区,此时我们就会观察到它在另一个位置上突然出现了。

这种天文现象就称为“木卫一蚀”,那这跟“光速是有限的”有什么关系呢?我们接着看。

由于地球和木星围绕太阳的公转并不是同步的,并且这两颗星球的公转轨道也不是标准的圆形,因此地球和木星的距离会不断地发生变化(最近时的距离约为6.3亿公里,最远时的距离约为9.3亿公里),具体表现为:在有些时候,地球会离木星越来越远,有时会离木星越来越近。

奥勒·罗默的发现是:当地球处于远离木星的运动状态的时候,“木卫一”从“消失”到“出现”的时间间隔就会变长,而当地球处于接近木星的运动状态的时候,这个时间间隔则会变短。

奥勒·罗默认为,“木卫一”围绕木星公转的轨道是固定的(公转周期大约为42.5小时),假如光速真的是无限的话,那无论地球是在远离木星,还是在接近木星,“木卫一”从“消失”到“出现”的时间间隔都应该是恒定的,但实际情况却并非如此,据此就可以得出,光速其实是有限的。

简单来讲就是,假设地球正在远离木星,在地球上的我们看到“木卫一”消失之后,它与我们的距离其实是在不断增加,这就意味着,当“木卫一”在过了一段时间之后重新出现时,它就离我们更远了,所以从“木卫一”发出的光就需要更多的时间才能抵达地球,在我们看来,“木卫一”从“消失”到“出现”的时间间隔就变长了。

反过来讲,假设地球正在接近木星,那么在“木卫一”消失一段时间之后重新出现时,它就会离我们更近,它发出的光就可以更快地抵达地球,所以我们就会观察到,它从“消失”到“出现”的时间间隔变短了。

奥勒·罗默提出的观点很快得到了科学界的普遍认同,在此之后,荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯根据该理论以及当时的天文观测数据,首次计算出了人类科学史上的第一个光速值:每秒钟21.4万公里。可以看到,这与实际情况相差很多,不过以那时的观测水平来讲,这也可以理解。

总而言之,“木卫一蚀”这种特殊的天文现象,有力地证实了光速是有限的,只不过快得异乎寻常,而这也为科学家们在接下来的日子里精确地测量出光速打下了坚实的基础。

好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见`

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