解開光速之謎

文/胡妙芬 |2021.01.13
395觀看次
字級
光學是一門古老的科學。早在古希臘時代,自然哲學家們就探討起光的本質、光的速度到底有多快?一直拖延到19世紀,還是沒有人可以精確的計算出來。正因為光速實在太快,總是不到一眨眼就灑滿人間,以致如何測量光速,讓人傷透腦筋。 圖/陳彥伶
每當地球分別運行到離伊奧最遠和最近的位置時,人們看見伊奧現身的時間就會相差11分鐘。 圖/陳彥伶
光學是一門古老的科學。早在古希臘時代,自然哲學家們就探討起光的本質、光的速度到底有多快?一直拖延到19世紀,還是沒有人可以精確的計算出來。正因為光速實在太快,總是不到一眨眼就灑滿人間,以致如何測量光速,讓人傷透腦筋。 圖/陳彥伶
光學是一門古老的科學。早在古希臘時代,自然哲學家們就探討起光的本質、光的速度到底有多快?一直拖延到19世紀,還是沒有人可以精確的計算出來。正因為光速實在太快,總是不到一眨眼就灑滿人間,以致如何測量光速,讓人傷透腦筋。 圖/陳彥伶
本文摘自《科學史上最有梗的20堂物理課》 親子天下出版

文/胡妙芬

光學是一門古老的科學。早在古希臘時代,自然哲學家們就探討起光的本質、光的速度到底有多快?一直拖延到19世紀,還是沒有人可以精確的計算出來。正因為光速實在太快,總是不到一眨眼就灑滿人間,以致如何測量光速,讓人傷透腦筋。

然而不管再怎麼困難,人類最終還是要面對光速問題,不少科學家為了光速想破頭,也是非常自然的事。17世紀初期的科學家克卜勒和笛卡兒就曾經認為:

提著燈籠測光速

因此有好幾百年的時間,人們相信光從A點前進到B點,不管距離多遠,光「不需要任何時間」就能到達──因為光的速度無限大。同學覺得這可能嗎?不管同學信不信,至少喜歡質疑、生性叛逆的大科學家伽利略,是不相信的。他打從心裡不認為,有任何東西可以在「零秒」內到達任何地方,包括光線在內。

所以,他請一個朋友,提燈籠爬上一座山頂,他自己也提燈籠爬上對面1.6公里外的另一座山頂。兩人講好,當伽利略打開燈籠蓋子的時候,他的朋友只要看到對面山頭有光,就立刻也打開燈籠的蓋子。

結果,伽利略聲稱自己看到光在0.25秒後傳回來,但是這個數字可信嗎?現代科學家曾做過一個簡單的測驗,測量一般人看到燈泡亮起,就立刻伸手去按按鈕的「反應時間」,結果平均就需要0.2到0.3秒。所以伽利略也知道,這0.25秒恐怕只是他朋友的反應時間,真正的光速太快,用這種方法根本測不出來。

利用天體算光速

接下來還有一位挑戰者,是丹麥的天文學家羅默。他研究木星的衛星伊奧(Io)時,發現伊奧不到兩天就可以繞行木星一圈,但是伊奧被木星遮住的時間間隔,似乎剛好又跟地球與木星間的距離有關。

羅默拿出他的數學長才仔細計算,發現只要把距離A減距離B,除以所需的11分鐘,就可以得出光的速度,也就是每秒21.4萬公里!這個數字比現今所測量到的最準確數字29.9792萬公里/秒(國中課本上寫每秒30萬公里是四捨五入的說法),誤差超過25%。但是同學回頭想想,在那個連地球到太陽的距離都還沒有精確數字的1676年,這個結果已經相當難能可貴,至少是人類第一次證明,「光速不是無限大」的證據!

接下來其他天文學家,也利用天上的恆星軌跡計算出光的速度。可是真正在地面上設計實驗「腳踏實地」測量光速的實驗,要到將近兩百年後的19世紀中葉,才在法國首度出現。測量光速實驗的特色就是時間超短,距離卻很長,下周請看這兩位同樣是處女座,生日又只差5天的物理學家的故事。(待續)

本文摘自《科學史上最有梗的20堂物理課》 親子天下出版

熱門新聞
訂閱電子報
台北市 天氣預報   台灣一週天氣預報

《人間福報》是一份多元化的報紙,不單只有報導佛教新聞,乃以推動祥和社會、淨化人心為職志,以關懷人類福祉、追求世界和平為宗旨,堅持新聞的準度與速度、廣度與深度,關懷弱勢族群與公益;強調內容溫馨、健康、益智、環保,不八卦、不加料、不阿諛,希冀藉由優質的內涵,體貼大眾身心靈的需要、關懷地球永續經營、延續宇宙無窮慧命,是一份承擔社會責任的報紙。自許成為「社會的一道光明」的《人間福報》任重而道遠,在秉持創辦人星雲大師「傳播人間善因善緣」的理念之際,更將堅持為社會注入清流,讓福報的發行為人間帶來祥和歡喜,具體實現「人間有福報,福報滿人間」的目標。

App

聯絡我們 隱私權條款

Copyright © 2020 人間福報 www.merit-times.com
All Rights Reserved.