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