以光速前进，1.3秒就可到月球，这么快的速度是怎么测出来的？

光速高达每秒钟299792458米，如果以光速前进，那么我们只需大约1.3秒就可到月球。相信大家在对光的速度表示惊叹的同时，也会感到好奇，这么快的速度是怎么测出来的？下面我们就来聊一下这个话题。

伽利略的实验

几百年以前，有不少人都认为光的速度是无限的，无论是多远的距离，光都可以瞬间到达。然而对于物理学家而言，这种观点是很难让人接受的，所以在1638年，物理学家伽利略就设计了一个实验。

根据他的设想，实验人员甲和乙一人一盏配有遮光板的灯，分别站在两座山的山顶（彼此能够看到），一切准备就绪之后，甲打开遮光板，同时记录时间，而乙在看到灯光之后，也马上打开遮光板，同时记录好时间，当甲看到乙的灯光之后，再次记录时间。

伽利略认为，这一套操作下来，就可以知道光的传播距离和传播时间，然后就可以通过“速度等于距离除以时间”这个简单的公式，轻松地计算出光速。

虽然这个实验简洁明了，但是因为伽利略低估了光的速度，同时又高估了人类的反应时间，所以人们根本无法在实验中测出光在山顶之间的传播时间，也就无法测出光速了。

“木卫一”的启示

“木卫一”是木星的众多卫星之一，由于它的运行轨道与木星围绕太阳运行的轨道平面很接近，因此我们在地球上就可以观察到，在围绕木星公转的过程中，当它“躲”进木星的阴影时就会“突然消失”，而当它从木星的阴影中“走”出来时，又会突然出现。

这种现象被称为“木卫一蚀”，1676年，天文学者奥勒·罗默发现，当地球与木星的距离逐渐拉长的时候，“木卫一” 从木星的阴影中“走”出来的时间就会越来越晚，而当地球与木星的距离逐渐缩短时，情况却正好相反。

奥勒·罗默认为，“木卫一”的公转周期是固定的（约为42.5小时），如果光速是无限的话，那么就不可能出现这种现象，而之所以会这样，只能是因为光速是有限的，距离越长，光到达地球所需要的时间就越多，反之亦然。

奥勒·罗默的观点得到了很多科学家的认同，天文学家克里斯蒂安·惠更斯还根据当时的天文观测数据估算出了光的速度约为每秒钟22万公里。

尽管这与光速的实际值有相当大的偏差，但这也清楚地说明了两件事：1、光的速度是有限的；2、光的速度快得异乎寻常。于是科学家们就开始思考，如何用一种巧妙的方法来精确地测出光速。

阿曼德·斐索的旋转齿轮

如图所示，一个齿轮被放在了光源和镜子之间，当齿轮不动的时候，从光源发出的光从齿轮的缝隙中穿过，在经过镜子反射之后，又会穿过同一个缝隙被观测者观察到。

现在让齿轮开始转动，并越来越快，当齿轮的转速达到一个特定值的时候，反射回来的光就会刚好被挡住，这时观测者就看不到了。

而如果让齿轮继续加速到一个更快的特定转速，那么光源发出的光首先会穿过一个缝隙到达镜子，而当光反射回来的时候，又会穿过下一个缝隙，于是观测者就又可以看到了。

可以看到，在上述的情形中，只需要知道齿轮的齿数、转速以及观测者与镜子之间的距离，就可以计算出光速。

通过这个原理，物理学家阿曼德·斐索于1849年设计了一个720齿的旋转齿轮，然后将光源与观测者的距离设置为8千米，在实验中，当齿轮的转速达到每秒钟12.67转的时候，反射回来的光就刚好被挡住，而再将其转速提升1倍之后，观测者又重新看到了反射回来的光。

阿曼德·斐索据此测出光速大约为每秒钟31.53万公里，这已经比较接近光速的实际值了。

傅科的旋转镜

1950年，物理学家傅科设计了一种旋转镜（如上图所示），在实验过程中，当旋转镜的转速达到一个特定值的时候，由光源发出的光会首先通过“旋转镜”反射到“固定镜”，而当光从“固定镜”反射回来的时候，“旋转镜”刚好旋转一周。

可以看到，在上述的情形中，只需要知道旋转镜的转速以及光路行程，就可以计算出光速。通过这种方法，傅科测出来的光速大约为每秒钟28.9万公里，这与光速的实际值很接近了。

迈克尔逊的“正八角棱镜”

在接下来的时间里，物理学迈克尔逊在旋转镜基础上，设计出了更加精密的“正八角棱镜”，如上图所示，光从光源S出发，经过“正八角棱镜”的反射后到达镜子B，然后再反射到镜子M，再反射到镜子B，再反射回“正八角棱镜”，如果转速合适的话，此时“正八角棱镜”刚好转动8分之1，在经过最后一次反射之后，观测者就可以在位置C观察到光。

对于测量光速，迈克尔逊是非常认真的，从1879年他就开始了光速的测量工作，直到1926年，他在经过了无数次的实验之后，测出了光速的值为每秒钟（299796±4）公里，这相当接近光速的实际值了。

“每秒钟299792458米”是怎么来的？

1865年，物理学家麦克斯韦发表了大名鼎鼎的麦克斯韦方程组，以一种几乎完美的方式描述了经典电磁学中的一切，在此之后人们很快就意识到，光其实也是一种电磁波。

这也就意味着，只需要测量出光的频率和波长，就可以利用“波速等于波长乘以频率”这个公式计算出光速，不过由于测量技术的限制，人们迟迟没有通过这种方法计算出准确的光速。

随着时间的推移，相关的测量精度也在日益提高，研究人员计算出的光速也越来越接近实际值，在1983年的国际计量大会上，1米被重新定义为“光在真空中前进1/299792458秒的距离”，换句话来讲就是：“真空中的光速为每秒钟299792458米”。