上帝說要有光，所以有光。

-創(chuàng)世紀1:3

自從人類誕生以來，他們從未停止對光的追求。從洞穴時代的鉆木取火，到鐵器時代的火藥火器，從月光螢火蟲的照明，到蒸汽時代，電燈的發(fā)明使人類終于能夠抵御無盡的黑夜。光幫助人們趕走了黑暗和無知，成為現(xiàn)代物理學的基石。對光的研究打破了學術界對以太的迷信，啟發(fā)了愛因斯坦對相對論的研究，甚至重新定義了“米”和“秒”的常數(shù)......

這個摸不到嘗不到的“光”是怎么被抓到甚至測量速度的？這個年輕的女孩今天要講的就是這個，讓全人類為之瘋狂的“光”。

人類追求光明的道路

就像所有中國人背誦的那樣:“我的床腳那么亮，會不會已經(jīng)結霜了？."古代人不知道光是什么，也不知道陽光和月光是從哪里來的。不像中國人把這歸功于神靈或皇帝的恩典，西方哲學家和數(shù)學家很早就開始思考這個問題:光是什么？

早在公元前490年，希臘哲學家恩培多克勒就開始思考光。然后他觀察天空、地面、星星和月亮。不知怎么的，他得出了一個令人震驚的結論:光有速度！他認為光旅行需要時間，但因為時間很短，我們無法注意到。神人，沒有望遠鏡，沒有任何物理基礎，推斷月光是光反射造成的，日食是太陽被月亮遮擋造成的。但不幸的是，在希臘時期，占主導地位的觀點是由亞里士多德提出的。他認為:“光是由某種東西引起的，而不是運動的東西?！睋Q句話說，在他眼里，光是客觀存在的物體。

之后，從13世紀到17世紀，幾百年來，哲學家、詩人、物理學家都在“光有沒有速度”這個問題上發(fā)表了自己的見解，爭論不休。歐幾里德認為光是眼睛發(fā)出的，所以光速一定是無限的，因為你睜開眼睛就能看到遠處的物體。開普勒和笛卡爾都認為光速是無限的，因為我們的世界里沒有任何東西可以阻擋光速的傳播。

1638年，伽利略試圖測量光速。他讓兩個人站在相距一英里的兩座山上。每人拿了一盞燈。第一個人先舉起了燈。第二個人看到第一個人的燈，馬上舉起自己的燈。兩座山之間的距離就是它們之間的時間，也就是光速。但是伽利略過于低估了光速，或者高估了人體的反射時間，實驗失敗了無數(shù)次。最后，他沮喪地得出結論，即使光速是第一位的，也一定快到了不可思議的程度。

光速的測量似乎已經(jīng)走到了死胡同。光速，一個速度極快的物理常數(shù)，想要抓住它，當然還是要去Tai 空。

木制守衛(wèi)的神秘之光

1676年11月9日凌晨5: 25: 45，在一個普通的日子里，丹麥天文學家奧勒·羅默緊張地等待著來自巴黎天文臺的消息。兩個月前，他夸口說，預測靠木頭吃飯的現(xiàn)象會延遲10分鐘。這一切都是基于他長期的觀察和大膽的猜測?？梢哉f他把自己作為科學家的榮譽和尊嚴賭在了這個預言上。

很快，消息從巴黎天文臺傳來，真的耽誤了十分鐘。

羅默的推測是基于他對木星的長期觀察。木星總共有四顆衛(wèi)星，其中木衛(wèi)一是最近的一顆，以每42.5小時一圈的速度圍繞木星旋轉(zhuǎn)。就像月食發(fā)生在月球轉(zhuǎn)到地球背面一樣，木衛(wèi)一轉(zhuǎn)到木星背面就會被木星擋住而消失。旋轉(zhuǎn)出木星背面后，又會出現(xiàn)。這種現(xiàn)象被稱為“Io月食”。理論上來說，因為木衛(wèi)一的自轉(zhuǎn)速度是不變的，它橫跨木星背面的距離也是一樣的，所以木衛(wèi)一從消失到出現(xiàn)的距離每次都應該是一樣的。

但羅默發(fā)現(xiàn)，木衛(wèi)一日食的時間是隨著地球的軌道位置而變化的。解釋這個其實很簡單，可以看下圖。將木星加入b點，當?shù)厍蚶@太陽運行到達G點時，木衛(wèi)一將被侵蝕，木衛(wèi)一將從C點消失，出現(xiàn)在D點，如果C點靠近地球，D點遠離地球，會導致我們更早發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)一的消失，更晚發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)一的出現(xiàn)。地球旋轉(zhuǎn)到L點時，正好相反。我們后來發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)一的消失，更早發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)一的出現(xiàn)。這樣，地球在G電視上的時候，木衛(wèi)一消失的時間會比地球在L點的時候長。所以羅默計算出光速為3 * 10 ^ 8m/s，非常接近光速的精確值。

從此，人們意識到光速真的是有限的。之后，精確測量光速的方法有很多，如麥克弗森的莫雷實驗、克爾盒法、變頻閃光法等。，可精確測量光速至299，853 60 km/s

現(xiàn)代物理科學的基礎

如果你認為光對物理的貢獻只是它的速度，那你就低估了。它不僅打破了科學界對以太的執(zhí)念，促進了電磁學的發(fā)展，還直接刺激了愛因斯坦對狹義相對論的研究。

科學家在測量光速的同時，也在研究光的存在。牛頓最初認為光是一種粒子，不同顏色的光是不同的粒子。所有的光學現(xiàn)象都可以用粒子的傳播來解釋。惠更斯提出光的本質(zhì)是一種波，就像我們聽到的聲音和看到的水波一樣。

直到1800年，英國科學家托馬斯·楊通過雙縫干涉實驗證明了光的波動性，這兩種理論一直存在分歧。波的傳播需要介質(zhì)。這種無處不在的媒介是什么？當時科學界一致認為是一種叫做“以太”的東西。

然而，隨著電磁學的發(fā)展，電磁場和電磁波的發(fā)現(xiàn)，科學家們驚訝地看到電磁波的傳播速度與光的傳播速度驚人地一致。這時人們終于可以確定，光其實是電磁波，所以不需要任何介質(zhì)，證明以太不存在。

科學家對光的追求和研究是人類理性思維的體現(xiàn)。光從一開始的一個造物，變成了在宇宙中傳播的電磁波。從一開始就有無限的速度，最后精確到毫秒，理性的火光，偉大的閃光。當然現(xiàn)代物理對光有更多的研究和認知，關注漂亮女孩，然后給大家普及更多的科學知識~