人類首次證實光速是有限的,其實是因為一種特殊的天文現象
更新于:2025-03-31 22:02:07

光的速度大約是每秒30萬公里,如果沒有科學儀器的説明,我們幾乎不可能察覺到如此快的速度,也正因為如此,曾經有不少人都認為光速是無限的,無論有多遠,光都是“瞬間即達”。

不過對於嚴謹的科學家來講,這是難以接受的,當時他們給出的觀點是:光速應該是有限的,只不過由於光速實在太快,以至於令人產生了“光速無限快”的錯覺。

現在的我們都知道,這是非常正確的,那麼,這種觀點最初是怎麼證實的呢?實際上,人類首次證實光速是有限的,其實是因為一種特殊的天文現象——“木衛一蝕”。這具體是怎麼回事呢?下面我們就來瞭解一下。

“木衛一”是木星的一顆衛星,其直徑大約為3642公里,最初由伽利略於1610年1月發現,後續的觀測表明,“木衛一”在圍繞木星公轉的時候,會發生一種很有意思的現象,即:它會有規律地突然“消失”一段時間,然後又在另一個地方突然“出現”。

這種天文現象,就被稱為“木衛一蝕”,為什麼會這樣呢?其實這不難解釋。簡單來講就是,“木衛一”本身是不發光的,我們能觀測到它,其實是因為它被太陽光照亮了。

由於“木衛一”的運行軌道,基本上與木星的公轉軌道位於同一個平面上,因此我們在地球上就會觀測到,每當它運行到被木星遮擋陽光形成的陰影區時,我們就看不見它了,而過一段時間之後,當它從這個陰影區里“鑽”出來,重新被太陽光照亮的時候,我們就又能在另一個位置看到它了。

那“木衛一蝕”又是怎麼跟光速扯上關係的呢?我們接著看。

地球和木星都在圍繞著太陽公轉,在此過程中,由於它們的公轉速度和軌道各不相同,就這就導致了地球和木星之間的距離是在不斷變化的,具體表現為,兩者之間有時候會逐漸接近,有時候又會逐漸遠離。

在1676年的時候,丹麥天文學家奧勒·羅默在對“木衛一蝕”進行持續觀測的過程中,注意到了一個奇怪的現象,那就是:當地球處於逐漸遠離木星的運動狀態時,“木衛一”從“消失”到“出現”的時間間隔會變長一點,而當地球處於逐漸接近木星的運動狀態時,這個時間間隔則會變短一點。

奧勒·羅預設為,由於“木衛一”圍繞木星運行的軌道和速度都是固定的,因此假如說光速是無限的,那麼它“消失”再“出現”的時間間隔應該是一個恆定的值才對,但實際情況卻並非如此,而這也就證實了,光速其實是有限的,為什麼這麼說呢?

他給出的解釋可以簡單地描述為:在地球正在逐漸遠離木星的情況下,當我們在地球上看到“木衛一”突然“消失”的時候,實際上它還在繼續圍繞木星公轉,過了一段時間后,它會重新“出現”,而經過這段時間之後,地球和木星之間的距離就會變大一點。

這就意味著,“木衛一”重新“出現”時發出的光,需要走更遠的距離才能到達地球,如果光速是限的,那麼它從“消失”到“出現”的時間間隔就會變長一點。

反過來講,在地球正在逐漸接近木星的情況下,“木衛一”重新“出現”時發出的光抵達地球的距離則會縮小一點,因此如果光速是限的,那麼它從“消失”到“出現”的時間間隔就會變短一點。

可以看到,這樣的解釋相當科學,也相當合理,所以他給出的觀點很快就得到了科學界的普遍認同,而這也被認為是人類首次證實了光速有限的。

在此之後不久,荷蘭天文學家克利斯蒂安·惠更斯,根據這種特殊的天文現象估算出,光速大約為每秒21.4萬公里,儘管這與現代測量出的光速還存在著不小的差異,但以當時的觀測水平來講,能夠準確地估算出光速的數量級,就已經很不錯了。