真空中的光速等于299,792,458
米/秒(1,079,252,848.8千米/小时)。这个速度并不是一个测量值,而是一个定义。
国际单位制的基本单位
米于
1983年10月21日起被定义为光在1/299,792,458
秒内传播的距离。使用
英制单位,光速约为186,282.397
英里/秒,或者670,616,629.384英里/小时,约为1英尺/
纳秒。
真空中的
光速,這是最古老的物理常數之一。最早於1629年艾薩克·畢克曼(beeckman)提出一項試驗,一人將遵守閃光燈一炮反映過一面鏡子,約一英里。
伽利略認為光速是有限的,1638年他請二個人提燈籠各爬上相距僅約一公里的山上,第一組人掀開燈籠,並開始計時,對面山上的人看見亮光後掀開燈籠,第一組看見亮光後,停止計時,這是史上著名的測量光速的掩燈方案,這種測量方法實際測到的主要只是實驗者的反應和人手的動作時間。
1676年,
奧勒·羅默從
木星衛星的觀測,得出
光速為有限值的結論。觀測證實了他的預言,據此,
惠更斯推算出
光速約為 2×108 m/s。
1728年,
布拉德雷根據
恆星光行差求得 c = 3.1×108 m/s。
1849年,
斐索用
旋轉齒輪法求得 c = 3.153×108 m/s。他是第一位用實驗方法,測定地面光速的實驗者。實驗方法大致如下:
光從
半鍍銀面反射後,經高速旋轉的
齒輪投向
反射鏡,再沿原路返回。如果齒輪轉過一齒所需的時間,正好與光往返的時間相等,就可透過
半鍍銀面觀測到
光,從而根據
齒輪的
轉速計算出
光速。
1862年,
傅科用
旋轉鏡法測空氣中的光速,原理和
斐索的
旋轉齒輪法大同小異,他的結果是 c = 2.98 × 108 m/s。
第三位在地面上測到光速的是
考爾紐(M.A.Cornu)。1874年他改進了
斐索的
旋轉齒輪法,得 c = 2.9999 × 108 m/s。
邁克耳遜改進了
傅科的
旋轉鏡法,多次測量光速。1879年,得 c = (2.99910±0.00050) ×108 m/s;1882年得 c = (2.99853±0.00060) × 108 m/s。
後來,他綜合
旋轉鏡法和
旋轉齒輪法的特點,發展了
旋轉稜鏡法,1924~1927年間,得c = (2.99796±0.00004) × 108 m/s。
邁克耳遜在推算真空中的光速時,應該用空氣的
群速折射率,可是他用的卻是空氣的
相速折射率。這一錯誤在 1929 年被
伯奇發覺, 經改正後, 1926年的結果應為 c = (2.99798±0.00004) × 108 m/s = 2997984±4 km/s。
後來,由於
電子學的發展,用
克爾盒、
諧振腔、
光電測距儀等方法,光速的測定,比直接用
光學方法又提高了一個
數量級。
60年代
雷射器發明,運用
穩頻雷射器,可以大大降低光速測量的
不確定度。
1973年達 0.004 ppm,終於在 1983 年第十七屆
國際計量大會上作出決定,將
真空中的光速定為
精確值。
近代測量真空中光速的簡表:
[tr=rgb(204,]年代主持人方式光速(km/s)不確定度(km/s)[/tr]
1907 | Rosa、Dorsey | Esu/emu* | 299784 | 15 |
1928 | Karolus 等 | 克爾盒 | 299786 | 15 |
1947 | Essen 等 | 諧振腔 | 299792 | 4 |
1949 | Aslakson | 雷達 | 299792.4 | 2.4 |
1951 | Bergstand | 光電測距儀 | 299793.1 | 0.26 |
1954 | Froome | 微波干涉儀 | 299792.75 | 0.3 |
1964 | Rank 等 | 帶光譜 | 299792.8 | 0.4 |
1972 | Bay 等 | 穩頻氦氖雷射器 | 299792.462 | 0.018 |
1973 |
| 平差 | 299792.4580 | 0.0012 |
1974 | Blaney | 穩頻CO2雷射器 | 299792.4590 | 0.0006 |
1976 | Woods 等 |
| 299792.4588 | 0.0002 |
1980 | Baird 等 | 穩頻氦氖雷射器 | 299792.4581 | 0.0019 |
1983 | 國際協議 | (規定) | 299792.458 | (精確值) |
- esu 即 electrostatic units 的縮寫; emu 即electromagnetic units
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