標籤:折射定律

光波或電磁波在真空或介質中的傳播速度。光速是自然界物體運動的最大速度。它與觀測者相對於光源的運動速度無關,即相對於光源靜止和運動的慣性系中測到的光速是相同的。物體的質量將隨著速度的增大而增大,當物體的速度接近光速時,它的質量將趨於無窮大,所以有質量的物體達到光速是不可能的。只有靜止質量為零的光子,才始終以光速運動著。光速與任何速度疊加,得到的仍然是光速。速度的合成不遵從經典力學的法則,而遵從相對論的速度合成法則,如左式所示。

1基本概念

光速(speed of light/ velocity of light)是自然界物體運動的最大速度。光速與觀測者相對於光源的運動速度無關。物體的質量將隨著速度的增大而增大,當物體的速度接近光速時,它的動質量將趨於無窮大,所以質量不為0的物體達到光速是不可能的。只有靜質量為零的光子,才始終以光速運動著。光速與任何速度疊加,得到的仍然是光速。真空中的光速是一個重要的物理常量。
光速定義值:c=299792458m/s=299792.458km/s
光速計算值:c=
光速

  光速

(299792.50±0.10)km/s (一般取300000km/s)作用:當某物體運動速度相對於另一物體接近光速,某物體的時間相對於另一物體減慢,時間變化符合洛倫茲變換。(二十世紀七十年代通過衛星和地面天文台觀測日食的同一時間位置的不同得以證實)光速是目前已知的最大速度,物體達到光速時動能無窮大,所以按當前人類的認知來說達到光速不可能,所以光速、超光速的問題不在物理學討論範圍之內。
自20世紀初起,我們的理論一直受制於愛因斯坦驗證的光速極限,即每秒186282英里(約合每秒30萬公里)。即使我們把宇宙飛船加速到這一速度,到達距離我們最近的恆星系統半人馬座阿爾法星(距離我們大約4.3光年)並返回,也需要近十年時間。此外,宇宙飛船本身還要考慮能量限制。因此,必須要實現突破光速極限才有可能實現這些目的。近年來,科學家們實施了許多相關的實驗,比如由美國普林斯頓大學科學家王利軍(Lijun Wang)於2000年進行的實驗和德國科學家於2007年進行的實驗都取得了一定的進展。最初,科學家們堅信沒有任何物質或信息能夠突破光速,但光脈衝卻能夠做到。在真空狀態下,在不同位置測到的光脈衝似乎以一種難以置信的速度在傳播。不過,這一速度仍然無法對我們太空旅行提供太大的幫助。2007年的實驗仍然存在爭議。
貝勒大學物理學教授傑拉德-克利弗爾認為,在「量子糾纏」現象中,信息的傳播速度似乎比光速快。2007年和2008年的兩次實驗表明,「量子糾纏」的速度至少是光速的1萬倍。未來實現超光速的方法可能是跳躍到多維空間中。美國宇航局突破推進物理學計劃前負責人馬克-米利斯現致力於研究星際旅行,他表示,「肯定還有我們沒發現的物理學領域。」米利斯舉例指出,暗物質和暗能量或許能夠為我們帶來曙光。
真空中的光速等於299,792,458米/秒(1,079,252,848.88千米/小時)。[2]這個速度並不是一個測量值,而是一個定義。它的計算值為(299792500±100)米/秒。國際單位制的基本單位米於1983年10月21日起被定義為光在1/299,792,458秒內傳播的距離。使用英制單位,光速約為186,282.397英里/秒,或者670,616,629.384英里/小時,約為1英尺/納秒。
在任何透明或者半透明的介質(比如玻璃和水)中,光速會降低;c比光在某種介質中的速度就是這種介質的折射率。重力的改變能夠彎曲光所傳播的空間,使光像通過凸透鏡一樣發生彎曲,看上去繞過了質量較大的天體。光彎曲的現象叫做引力透鏡效應,根據變化了的光線在光譜外波段呈現的不規則程度,可以推算髮光星系的年齡和距離。
2011年9月22日,義大利物理學家在OPERA實驗中發現了一種超出光速40322.58分之一的中微子,如果實驗數據確鑿無誤,愛因斯坦的相對論將會受到挑戰。但是隨後便發現,該實驗結果為設備線路接錯而造成。該實驗結果於2012年6月8日被該小組宣布撤銷.根據愛因斯坦的相對論,沒有任何物體或信息運動的速度可以超過真空中的光速(c)。 

2介質影響

光在不同介質中的速度不同,由於光是電磁波,因此光速也就依賴於介質的介電常數和磁導率。在各向同性的靜止介質中,光速是一個小於真空光速c的定值。如果介質以一定的速度運動,則一般求光速的方法是先建立一個隨動參考系,其中的光速是靜止介質中的光速,然後通過參考系變換得到運動介質中的光速;或者可以直接用相對論速度疊加公式去求運動介質中的光速。
光和聲雖然都具有波動性質,但兩者波速的演算法是完全不同的。以聲音實驗為例:空氣對地面靜止,第1次我們不動測得我們發出的聲音1秒鐘前進了300米;第二次我們1秒鐘勻速後退1米,測得聲音距我們301米,得到結論:兩次聲音相對地面速度不變,相對我們,第一次300米/秒;第2次301米/秒。在牽涉到的速度遠小於光速的情況下,聲速滿足線性疊加。
換做光實驗,我們用玻璃介質再做一次,靜止玻璃中的光速,在各個方向上都是相等的。我們再做一個我們不動,讓玻璃勻速運動的實驗,會發現光對玻璃的速度在不同方向上是不等的,但不是簡簡單單的線性疊加了,而是遵循相對論速度疊加:
v'=(v+u)/(1+u·v/c²),注意這裡v、u為矢量,v是靜止介質中的光速,u是介質的運動速度,v'就是求得的運動介質中的光速。
其實在前述聲速實驗中,聲速嚴格來講遵循的也是相對論速度疊加,只是若u、v都遠小於光速c,則式子中u·v/c²是個很小的值,近似略去之後就得v'≈v+u,回到經典的線性疊加形式。
所以,千萬不可以用低速條件下機械波的近似規律去硬套光波。作為狹義相對論基本假設之一的光速不變原理,永遠指的是真空中的光速c不變,它是基本物理常數之一。如果有介質,就需要利用相對論速度疊加公式去求光速,切忌用簡單線性疊加。對光速不變原理的正確理解,是正確理解狹義相對論的關鍵之一。
不同介質中有不同的光速值。1850年菲佐用齒輪法測定了光在水中的速度,證明水中光速小於空氣中的光速。幾乎在同時,傅科用旋轉鏡法也測量了水中的光速(3/4c),得到了同樣結論。這一實驗結果與波動說相一致而與牛頓的微粒說相矛盾(解釋光的折射定律時),這對光的波動本性的確立在歷史上曾起過重要作用。1851年,菲佐用干涉法測量了運動介質中的光速,證實了A.-J.菲涅耳的曳引公式。[玻璃中光速2/3c]
光在水中的速度:2.25×10^8m/s
光在玻璃中的速度:2.0×10^8m/s
光在冰中的速度:2.30×10^8m/s
光在空氣中的速度:3.0×10^8m/s
光在酒精中的速度:2.2×10^8m/s
上述理論只在19世紀70年代基本準確,在愛因斯坦《廣義相對論》中,光速是這樣闡述的:物體運動接近光速時,時間變得緩慢,當物體運動等於光速時,時間靜止,當物體運動超過光速時,時間倒流。這三個推斷是20世紀70年代初中期國際天文機構觀察探測日食時得出結論。
E=mc^2推導
第一步:要討論能量隨質量變化,先要從量綱得知思路:
能量量綱[E]=[M]([L]^2)([T]^(-2)),即能量量綱等於質量量綱和長度量綱的平方以及時間量綱的負二次方三者乘積。
我們需要把能量對於質量的函數形式化簡到最簡,那麼就要求能量函數中除了質量,最好只有一個其它的變數。
把([L]^2)([T]^(-2))化簡,可以得到只有一個量綱-速度[V_]的形式:
[V_]*[V_]。
也就是[E]=[M][V_]*[V_]
可見我們要討論質能關係,最簡單的途徑是從速度v_下手。
第二步:先要考慮能量的變化 與能量的變化有關的有各種能量形式的轉化,其中直接和質量有關的只有做功。
那麼先來考慮做功對於能量變化的影響。
當外力F_(後面加_表示矢量,不加表示標量)作用在靜止質量為m0的質點上時,每產生ds_(位移s_的微分)的位移,物體能量增加
dE=F_*ds_(*表示點乘)。
考慮最簡化的 外力與位移方向相同的情況,上式變成
dE=Fds
第三步:怎樣把力做功和速度v變化聯繫起來呢?也就是說怎樣來通過力的作用效果來得出速度的變化呢?
我們知道力對物體的衝量等於物體動量的增量。那麼,通過動量定理,力和能量就聯繫起來了:
F_dt=dP_=mdv_
第四步:上式中顯然還要參考m質量這個變數,而我們不想讓質量的加入把我們力和速度的關係複雜化。我們想找到一種辦法約掉m,這樣就能得到純粹的速度和力的關係。
參考dE=Fds和F_dt=dP_,我們知道,v_=ds_/dt
那麼可以得到
dE=v_*dP_
如果考慮最簡單的形式:當速度改變和動量改變方向相同:
dE=vdP
第五步:把上式化成能量和質量以及速度三者的關係式(因為我們最初就是要討論這個形式):
dE=vd(mv)----因為dP=d(mv)
第六步:把上式按照微分乘法分解
dE=v^2dm+mvdv
這個式子說明:能量的增量含有質量因速度增加而增加dm產生的能量增量和單純速度增加產生的能量增量2個部分。(這個觀點非常重要,在相對論之前,人們雖然在理論物理推導中認識到質量增加也會產生能量增量,但是都習慣性認為質量不會隨運動速度增加而變化,也就是誤以為dm恆定為0,這是經典物理學的最大錯誤之一。)
第七步:我們不知道質量隨速度增加產生的增量dm是怎樣的,要研究它到底如何隨速度增加(也就是質量增量dm和速度增量dv之間的直接關係):
根據洛侖茲變換推導出的靜止質量和運動質量公式:
m=m0[1-(v^2/c^2)]^(-1/2)
化簡成整數次冪形式:
m^2=(m0^2)[1-(v^2/c^2)]
化成沒有分母而且m和m0分別處於等號兩側的形式(這樣就是得到運動質量m對於速度變化和靜止質量的純粹的函數形式):
(m^2)(c^2-v^2)=(m0^2)c^2
用上式對速度v求導得到dm/dv(之所以要這樣做,就是要找到質量增量dm和速度增量dv之間最直接的關係,我們這一步的根本目的就是這個):
d[(m^2)(c²-v²)]/dv=d[(m0²)c²]/dv(注意式子等號右邊是常數的求導,結果為0)
[d(m²)/dv](c²-v²)+m²[d(c²-v²)/dv]=0
[m(dm/dv)+m(dm/dv)](c²-v²)+(m²)[0-2v]=0
2m(dm/dv)(c²-v²)-2vm²=0
約掉公因式2m(肯定不是0,呵呵,運動質量為0?沒聽說過)
得到:
(dm/dv)(c²-V²)-mv=0
(dm/dv)(c^2-V^2)=mv
由於dv不等於0(我們研究的就是非靜止的情況,運動系速度對於靜止系的增量當然不為0)
(c^2-v^2)dm=mvdv
這就是我們最終得到的dm和dv的直接關係
第八步:有了dm的函數,代回到我們第六步的能量增量式
dE=v^2dm+mvdv
=v^2dm+(c^2-v^2)dm
=c^2dm
這就是質能關係式的微分形式,它說明:質量的增量與能量的增量成正比,而且比例係數是常數c^2
最後一步:推論出物體從靜止到運動速度為v的過程中,總的能量增量:
對上一步的結論進行積分,積分區間取質量從靜止質量m0到運動質量m,得到
∫dE=∫[m0~m]c^2dm
E=mc^2-m0c^2
這就是 物體從靜止到運動速度為v的過程中,總的能量增量。
其中
E0=m0c^2稱為物體靜止時候的靜止能量。
Ev=mc^2稱為物體運動時候的總動能(運動總能量)。
總結:對於任何已知運動質量為m的物體,可以用E=mc^2直接計算出它的運動動能。

3相關理論

在20世紀愛因斯坦狹義相對論中質能等價理論的推論,即著名的方程式E=mC^2;,式(質能方程)中為E能量,單位電子伏特(eV),m為質量,單位MeV/c² ,C為光速;也就是說,一切物質都潛藏著質量乘以光速平方的能量。
光速
一個靜止的物體,其全部的能量都包含在靜止的質量中。一旦運動,就要產生動能。由於質量和能量等價,運動中所具有的能量應加到質量上,也就是說,運動的物體的質量會增加。當物體的運動速度遠低於光速時,增加的質量微乎其微,如速度達到光速的0.1時,質量只增加0.5%。但隨著速度接近光速,其增加的質量就顯著了。如速度達到光速的0.9時,其質量增加了一倍多。這時,物體繼續加速就需要更多的能量。當速度趨近光速時,質量隨著速度的增加而直線上升,速度無限接近光速時,質量趨向於無限大,需要無限多的能量。因此,任何物體的運動速度不可能達到光速,只有質量為零(在宇宙大爆發時有很多質量不為0的粒子質量為0)的粒子才可以以光速運動,如因科學研究虛構的「光子」、「引力子」這個名稱。
真空中的光速是一個物理常數(符號是c),等於299,792,458米/秒。
註:光速的方向不恆定。如果在光運行時施加力,那麼光的方向進而速度矢量會產生一定的改變。

4研究歷史

真空中的光速是一個物理常量,國際公認值為c=299792458米/秒。17世紀前人們以為光速為無限大,義大利物理學家G.伽利略曾對此提出懷疑,並試圖通過實驗來檢驗他設想,在距離很遠的兩個地方,兩人互相用燈光傳遞信號,最終沒能成功。
艾薩克·牛頓也接受光速是有限的觀念,在他1704年出版的書《光學》中,他提出光每秒鐘可以橫越地球16.6次(相當於210,000公里/秒,比正確值低了30%)。這似乎是他自己的推斷(不能確知他是否有引用或參考羅默的數據)。
1676年,丹麥天文學家奧勞斯·羅伊默(1644~1710)利用木星衛星的星蝕時間變化證實光是以有限速度傳播的。他利用木星的木衛一在木星在木星圓面上的投影作周期性變化的現象,第一次定量的估計出光速。艾歐的公轉軌道可以用來計算時間,因為它會規律的進入木星的陰影中一段時間(圖中的C至D)。羅默觀測到當地球在最接近木星時(H點),艾歐的公轉周期是42.5小時,當地球遠離木星時(從L至K),艾歐從陰影中出現的時間會比預測的越來越晚,很明顯的是因為木星與地球的距離增加,使得"信號"要花更多的時間傳遞。光要通過行星之間增加的距離,使得計時的信號在第一次和下一次之間因而延長了額外的時間。當地球向木星接近時(從F到G),情形則正好相反。羅默觀測到艾歐在接近的40 個軌道周期中周期比遠離的40個軌道周期縮短了22分鐘。以這些觀測為基礎,羅默認為在80個軌道周期中光線要多花費22分鐘行走艾歐與地球之間增加的距離。這意味著從L至K和F至G,地球經歷了80個艾歐軌道周期(42.5小時)的時間,光線只要花22分鐘。這對應於一個地球在軌道上繞著太陽運動和光速之間的一個比例(如右圖)。
太陽運動和光速之間的一個比例

  太陽運動和光速之間的一個比例

意味著光速是地球的軌道速度的9,300倍,與現 在的數值10,100倍比較,相差無幾。但是因為這種觀測是很困難的,因而日後被其他的方法所取代。
在當時,天文單位的估計數值是大約1億4千萬公里。克里斯蒂安·惠更斯結合了天文單位和羅默的時間估計,每分鐘的光速是地球直徑的1,000倍,他似乎誤解了羅默22分鐘的意思,以為是橫越地球軌道所花費的時間。這相當於每秒220,000公里(136,000英里),比現 在採用的數值低了26%,但仍比當時使用其他已知的物理方法測得的數值為佳。
即使如此,靠著這些觀測,光速是有限的仍不能被大眾滿意的接受(著名的有吉恩·多米尼克·卡西尼),直到在詹姆斯·布雷德里(1728)的觀測之後,光速是無限的想法才被揚棄。布雷德里推論若光速是有限的,則因為地球的軌道速度,會使抵達地球的星光有一個微小角度的偏折,這就是所謂的光行差,他的大小隻有1/200度。布雷德里計算的光速為298,000公里/秒(185,000英里/秒),這與現 在的數值只有不到1%的差異。光行差的效應在19世紀已經被充分的研究,最著名的學者是瓦西里·雅可夫列維奇·斯特魯維。
1849年,法國物理學家A.H.L.菲佐用旋轉齒輪法首次在地面實驗室中成功地進行了光速測量,最早的結果為c=315000千米/秒。1862年,法國實驗物理學家J.-B.-L.傅科根據D.F.J.阿拉戈的設想用旋轉鏡法測得光速為c=(298000±500)千米/秒。19世紀中葉J.C.麥克斯韋建立了電磁場理論,他根據電磁波動方程曾指出,電磁波在真空中的傳播速度等於靜電單位電量與電磁單位電量的比值,只要在實驗上分別用這兩種單位測量同一電量(或電流),就可算出電磁波的波速。1856年,R.科爾勞施和W.韋伯完成了有關測量,麥克斯韋根據他們的數據計算出電磁波在真空中的波速值為3.1074×10^5千米/秒,此值與菲佐的結果十分接近,這對人們確認光是電磁波起過很大作用。
1926年,美國物理學家A.A.邁克耳孫改進了傅科的實驗,測得c=(299796±4)千米/秒,他於1929年在真空中重做了此實驗,測得c=299774千米/秒。後來有人用光開關(克爾盒)代替齒輪轉動以改進菲佐的實驗,其精度比旋轉鏡法提高了兩個數量級。1952年,英國實驗物理學家K.D.費羅姆用微波干涉儀法測量光速得c=(299792.50±0.10)千米/秒。此值於1957年被推薦為國際推薦值使用,直至1973年。
1972年,美國的K.M.埃文森等人直接測量激光頻率ν和真空中的波長λ,按公式v=1/√μ0ε0(其中v為真空中電磁波的速度,μ0為真空磁導率,ε0為真空介電常數)算得c=(299792458±1.2)米/秒。1975年第15屆國際計量大會確認上述光速值作為國際推薦值使用。1983年17屆國際計量大會通過了米的新定義,在這定義中光速c=299792458米/秒為規定值,而長度單位米由這個規定值定義。既然真空中的光速已成為定義值,以後就不需對光速進行任何測量了。
1983年,光速取代了保存在巴黎國際計量局的由90%鉑和10%銥合金製成的米原器被選作定義「米」的標準,並且約定光速嚴格等於299,792,458米/秒,此數值與當時的米的定義和秒的定義一致。後來,隨著實驗精度的不斷提高,光速的數值有所改變,米被定義為1/299,792,458秒內真空中光通過的路程。
1849年,菲索用旋轉齒輪法求得 c = 3.153×10^8m/s。他是第一位用實驗方法,測定地面光速的實驗者。 實驗方法大致如下:光從半鍍銀面反射后,經高速旋轉的齒輪投向反射鏡,再沿原路返回。如果齒輪轉過一齒所需的時間,正好與光往返的時間相等,就可透過半鍍銀面觀測到光,從而根據齒輪的轉速計算出光速。
1862年,法國的傅科用旋轉鏡法測空氣中的光速,原理和斐索的旋轉齒輪法大同小異,他的結果是 c = 2.98 × 10^8m/s。
第三位在地面上測到光速的是考爾紐。1874年他改進了菲索的旋轉齒輪法,得c=2.9999×10^8 m/s。
阿爾伯特·邁克耳孫改進了傅科的旋轉鏡法,多次測量光速。1879年,得 c = (2.99910±0.00050) ×10^8m/s;1882年得 c = (2.99853±0.00060) × 10^8m/s。後來,他綜合旋轉鏡法和旋轉齒輪法的特點,發展了旋轉稜鏡法,1924~1927年間,得 c =(2.99796±0.00004) × 10^8m/s。
邁克耳遜在推算真空中的光速時,應該用空氣的群速折射率,可是他用的卻是空氣的相速折射率。這一錯誤在1929年被經改正後,1926年的結果應為 c = (2.99798±0.00004) × 10^8m/s = 299798±4 km/s。
後來,由於電子學的發展,用克爾盒、諧振腔、光電測距儀等方法,光速的測定,比直接用光學方法又提高了一個數量級。
60年代雷射器發明,運用穩頻雷射器,可以大大降低光速測量的不確定度。
1973年達0.004 ppm,終於在1983年第十七屆國際計量大會上作出決定,將真空中的光速定為精確值。
近代測量真空中光速的簡表:
年代
主持人
方式
光速(km/s)
不確定度(km/s)
1907
Rosa、Dorsey
Esu/emu*
299784
15
1928
Karolus 等
克爾盒
299786
15
1947
Essen 等
諧振腔
299792
4
1949
Aslakson
雷達
299792.4
2.4
1951
Bergstand
光電測距儀
299793.1
0.26
1954
Froome
微波干涉儀
299792.75
0.3
1964
Rank 等
帶光譜
299792.8
0.4
1972
Bay 等
穩頻氦氖雷射器
299792.462
0.018
1973

平差
299792.4580
0.0012
1974
Blaney
穩頻CO2雷射器
299792.4590
0.0006
1976
Woods 等

299792.4588
0.0002
1980
Baird 等
穩頻氦氖雷射器
299792.4581
0.0019
1983
國際協議
(規定)
299792.458
(精確值)
(註:esu即electrostatic units的縮寫;emu為electromagnetic units的縮寫。)

5研究方法

地面測量方法
光速的測定包含著對光所通過的距離和所需時間的量度,由於光速很大,所以必須測量一個很長的距離和一個很短的時間,大地測量法就是圍繞著如何準確測定距離和時間而設計的各種方法.
最早於1629年艾薩克·畢克曼(beeckman)提出一項試驗,一人將遵守閃光燈一炮反映過一面鏡子,約一英里。伽利略認為光速是有限的,1638年他請二個人提燈籠各爬上相距僅約一公里的山上,第一組人掀開燈籠,並開始計時,對面山上的人看見亮光后掀開燈籠,第一組看見亮光后,停止計時,這是史上著名的測量光速的掩燈方案,這種測量方法實際測到的主要只是實驗者的反應和人手的動作時間。
伽利略測定光速的方法
物理學發展史上,最早提出測量光速的是義大利物理學家伽利略.1607年在他的實驗中,讓相距甚遠的兩個觀察者,各執一盞能遮閉的燈,如圖所示:觀察者A打開燈光,經過一定時間后,光到達觀察者B,B立即打開自己的燈光,過了某一時間后,此信號回到A,於是A可以記下從他自己開燈的一瞬間,到信號從B返回到A的一瞬間所經過的時間間隔t.若兩觀察者的距離為S,則光的速度為c=2s/t
因為光速很大,加之觀察者還要有一定的反應時間,所以伽利略的嘗試沒有成功.如果用反射鏡來代替B,那麼情況有所改善,這樣就可以避免觀察者所引入的誤差.這種測量原理長遠地保留在後來的一切測定光速的實驗方法之中.甚至在現代測定光速的實驗中仍然採用.但在信號接收上和時間測量上,要採用可靠的方法.使用這些方法甚至能在不太長的距離上測定光速,並達到足夠高的精確度.
旋轉齒輪法
用實驗方法測定光速首先是在1849年由斐索實驗.他用定期遮斷光線的方法(旋轉齒輪法)進行自動記錄.實驗示意圖如下.從光源s發出的光經會聚透鏡L1射到半鍍銀的鏡面A,由此反射后在齒輪W的齒a和a』之間的空隙內會聚,再經透鏡L2和L3而達到反射鏡M,然後再反射回來.又通過半鍍鏡A由L4集聚后射入觀察者的眼睛E.如使齒輪轉動,那麼在光達到M鏡后再反射回來時所經過的時間△t內,齒輪將轉過一個角度.如果這時a與a』之間的空隙為齒a(或a』)所佔據,則反射回來的光將被遮斷,因而觀察者將看不到光.但如齒輪轉到這樣一個角度,使由M鏡反射回來的光從另一齒間空隙通過,那麼觀察者會重新看到光,當齒輪轉動得更快,反射光又被另一個齒遮斷時,光又消失.這樣,當齒輪轉速由零而逐漸加快時,在E處將看到閃光.由齒輪轉速v、齒數n與齒輪和M的間距L可推得光速c=4nvL.
在斐索所做的實驗中,當具有720齒的齒輪,一秒鐘內轉動12.67次時,光將首次被擋住而消失,空隙與輪齒交替所需時間為1/12.67s
在這一時間內,光所經過的光程為2×8633米,所以光速c=2×8633×18244(m/s)≈315×108(km/s)
在對信號的發出和返回接收時刻能作自動記錄的遮斷法除旋轉齒輪法外,在現代還採用克爾盒法.1941年安德孫用克爾盒法測得:c=299776±6km/s,1951年貝格斯格蘭又用克爾盒法測得c=299793.1±0.3km/s.
光速
旋轉鏡法
旋轉鏡法的主要特點是能對信號的傳播時間作精確測量.1851年傅科成功地運用此法測定了光速.旋轉鏡法的原理早在1834年1838年就已為惠更斯和阿拉果提出過,它主要用一個高速均勻轉動的鏡面來代替齒輪裝置.由於光源較強,而且聚焦得較好.因此能極其精密地測量很短的時間間隔.實驗裝置如圖所示.從光源s所發出的光通過半鍍銀的鏡面M1后,經過透鏡L射在繞O軸旋轉的平面反射鏡M2上O軸與圖面垂直.光從M2反射而會聚到凹面反射鏡M3上,M3的曲率中心恰在O軸上,所以光線由M3對稱地反射,並在s′點產生光源的像.當M2的轉速足夠快時,像S′的位置將改變到s〃,相對於可視M2為不轉時的位置移動了△s的距離可以推導出光速值。式中w為M2轉動的角速度.l0為M2到M3的間距,l為透鏡L到光源S的間距,△s為s的像移動的距離.因此直接測量w、l、l0、△s,便可求得光速。
在傅科的實驗中:L=4米,L0=20米,△s=0.0007米,W=800×2π弧度/秒,他求得光速值c=298000±500km/s.
另外,傅科還利用這個實驗的基本原理,首次測出了光在介質(水)中的速度v<c,這是對波動說的有力證據.旋轉稜鏡法
邁克爾遜干涉儀

  邁克爾遜干涉儀

美國的邁克爾遜把齒輪法和旋轉鏡法結合起來,創造了旋轉稜鏡法裝置.因為齒輪法之所以不夠準確,是由於不僅當齒的中央將光遮斷時變暗,而且當齒的邊緣遮斷光時也是如此.因此不能精確地測定象消失的瞬時.旋轉鏡法也不夠精確,因為在該法中象的位移△s太小,只有0.7毫米,不易測准.邁克耳遜的旋轉鏡法克服了這些缺點.他用一個正八面鋼質稜鏡代替了旋轉鏡法中的旋轉平面鏡,從而光路大大的增長,並利用精確地測定稜鏡的轉動速度代替測齒輪法中的齒輪轉速測出光走完整個路程所需的時間,從而減少了測量誤差.從1879年至1926年,邁克耳遜曾前後從事光速的測量工作近五十年,在這方面付出了極大的勞動.1926年他的最後一個光速測定值為
c=299796km/s
這是當時最精確的測定值,很快成為當時光速的公認值。
光子法則
根據相對論,不管你處於什麼樣的運動狀態,假設你的運動速度為v,光速為c,光相對於你的速度總是c而不是c-v,或是c+v;那麼,應該存在一種光子,它遵循 阻快促慢 ,意思是說光以速度v在進行,倘若有和它同向的物體在運動著,速度為v1,以物體的角度去看光,此時它的速度應該為v-v1,小於v,此時,它就會加速至v;倘若有和它反向的物體在運動著,速度為v1,以物體的角度去看光,此時它的速度應該為v+v1,大於v,它就會減速至v。
最新訊息
2011年9月,歐洲研究人員發現了一個無法解釋的現象——比光速快60納秒的中微子。一旦被證實,將顛覆支撐現代物理學的相對論。
歐洲核子中心——大型粒子對撞機

  歐洲核子中心——大型粒子對撞機

而2012年03月03日最新消息稱,經過數月的反覆檢查,歐洲核子中心日前宣布,衛星定位系統同步接收器可能存在「調校」問題,並高估了中微子運行時間,而把衛星定位系統信號傳送到原子時鐘的光纜可能出現連接「鬆動」並導致低估了粒子包飛行時間。最新一期隸屬美國科學促進會的《科學》雜誌也刊文指出,連接原子鐘的光纜出現鬆動,可能導致計算中微子運行時間的原子鐘產生了錯誤結果。
根據歐洲核子中心新聞公告,義大利格蘭薩索實驗室正在重新進行集中測試,預計今年5月可獲得新結果。
近月來歐洲核子中心已得到證實,該實驗結論是是實驗電纜出錯造成的,並沒有顛覆相對論。
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