从伽利略的灯笼到激光干涉仪：人类测量光速的300年探索

从伽利略的灯笼到激光干涉仪：人类测量光速的300年探索

1607年，伽利略站在山顶上，手里拿着一盏灯，试图测量一个看似不可能的数值——光速。他让两个人分别站在相距约1.6公里的两座山顶上，每人手持一盏灯。第一个人举起灯时，第二个人看到后立即举起自己的灯。通过测量从第一个人举灯到第二个人的灯被看到的时间，伽利略希望计算出光的传播速度。然而，由于光速实在太快，加上观察者的反应时间，这次尝试并未成功。但正是这次失败的实验，揭开了人类探索光速奥秘的序幕。

时间来到1676年，丹麦天文学家罗默通过观测木星的卫星，首次提出了有效的光速测量方法。他注意到，木星的卫星每隔一定周期会出现一次掩星现象。当地球背离木星运动时，连续两次掩星的时间间隔比地球迎向木星运动时要长一些，时间差大约15秒。罗默通过计算得出光速为每秒214300公里。虽然这个数值与现代测量值相差较大，但考虑到当时的测量条件，这一成就令人惊叹。

1728年，英国天文学家布拉德利通过光行差实验，进一步精确测量了光速。他观察天龙座γ星（天棓四）在天球上的运动情况，发现其位置随季节变化而变化。布拉德利解释说，这是由于地球在太空中的运动与光速的矢量合成效应。通过这一发现，布拉德利测得光速约为每秒30万公里，这是人类首次相对精确地测量光速。

1849年，法国科学家菲佐设计了一种全新的实验装置来测量光速。他将一个点光源放在透镜的焦点处，在透镜与光源之间放置一个齿轮。透镜的另一侧依次放置另一个透镜和平面镜。当光通过齿轮的齿隙时，观察者可以看到返回的光；当光恰好遇到齿时，则会被遮住。通过测量齿轮的转速，可以计算出光往返一次所用的时间，从而得出光速。菲佐测得的光速为每秒315000公里。随后，法国物理学家傅科改进了这一方法，测得光速为每秒298000公里。

进入20世纪，随着科技的进步，光速的测量精度不断提高。1950年，艾森提出了用空腔共振法测量光速，精度达到10^-7。1972年，美国国家标准技术研究所利用激光干涉法，测得光速为每秒299792456.2±1.1米，精度达到10^-9。基于这些精确的测量，1983年第17届国际计量大会将光速定义为每秒299792458米。

从伽利略的灯笼到现代的激光干涉仪，人类对光速的测量经历了300多年的发展历程。这一探索不仅推动了光学和物理学的进步，也为相对论的诞生奠定了基础。光速，这个宇宙中最快的速度，见证了人类文明的科学探索之路。