人类首次证实光速是有限的,其实是因为一种特殊的天文现象

魅力科学君 2025-03-31 17:19:53

光的速度大约是每秒30万公里,如果没有科学仪器的帮助,我们几乎不可能察觉到如此快的速度,也正因为如此,曾经有不少人都认为光速是无限的,无论有多远,光都是“瞬间即达”。

不过对于严谨的科学家来讲,这是难以接受的,当时他们给出的观点是:光速应该是有限的,只不过由于光速实在太快,以至于令人产生了“光速无限快”的错觉。

现在的我们都知道,这是非常正确的,那么,这种观点最初是怎么证实的呢?实际上,人类首次证实光速是有限的,其实是因为一种特殊的天文现象——“木卫一蚀”。这具体是怎么回事呢?下面我们就来了解一下。

“木卫一”是木星的一颗卫星,其直径大约为3642公里,最初由伽利略于1610年1月发现,后续的观测表明,“木卫一”在围绕木星公转的时候,会发生一种很有意思的现象,即:它会有规律地突然“消失”一段时间,然后又在另一个地方突然“出现”。

这种天文现象,就被称为“木卫一蚀”,为什么会这样呢?其实这不难解释。简单来讲就是,“木卫一”本身是不发光的,我们能观测到它,其实是因为它被太阳光照亮了。

由于“木卫一”的运行轨道,基本上与木星的公转轨道位于同一个平面上,因此我们在地球上就会观测到,每当它运行到被木星遮挡阳光形成的阴影区时,我们就看不见它了,而过一段时间之后,当它从这个阴影区里“钻”出来,重新被太阳光照亮的时候,我们就又能在另一个位置看到它了。

那“木卫一蚀”又是怎么跟光速扯上关系的呢?我们接着看。

地球和木星都在围绕着太阳公转,在此过程中,由于它们的公转速度和轨道各不相同,就这就导致了地球和木星之间的距离是在不断变化的,具体表现为,两者之间有时候会逐渐接近,有时候又会逐渐远离。

在1676年的时候,丹麦天文学家奥勒·罗默在对“木卫一蚀”进行持续观测的过程中,注意到了一个奇怪的现象,那就是:当地球处于逐渐远离木星的运动状态时,“木卫一”从“消失”到“出现”的时间间隔会变长一点,而当地球处于逐渐接近木星的运动状态时,这个时间间隔则会变短一点。

奥勒·罗默认为,由于“木卫一”围绕木星运行的轨道和速度都是固定的,因此假如说光速是无限的,那么它“消失”再“出现”的时间间隔应该是一个恒定的值才对,但实际情况却并非如此,而这也就证实了,光速其实是有限的,为什么这么说呢?

他给出的解释可以简单地描述为:在地球正在逐渐远离木星的情况下,当我们在地球上看到“木卫一”突然“消失”的时候,实际上它还在继续围绕木星公转,过了一段时间后,它会重新“出现”,而经过这段时间之后,地球和木星之间的距离就会变大一点。

这就意味着,“木卫一”重新“出现”时发出的光,需要走更远的距离才能到达地球,如果光速是限的,那么它从“消失”到“出现”的时间间隔就会变长一点。

反过来讲,在地球正在逐渐接近木星的情况下,“木卫一”重新“出现”时发出的光抵达地球的距离则会缩小一点,因此如果光速是限的,那么它从“消失”到“出现”的时间间隔就会变短一点。

可以看到,这样的解释相当科学,也相当合理,所以他给出的观点很快就得到了科学界的普遍认同,而这也被认为是人类首次证实了光速有限的。

在此之后不久,荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯,根据这种特殊的天文现象估算出,光速大约为每秒21.4万公里,尽管这与现代测量出的光速还存在着不小的差异,但以当时的观测水平来讲,能够准确地估算出光速的数量级,就已经很不错了。

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