光速是如何被测量出来的？巧妙的“齿轮遮挡法”

大唐高僧365:
高中时候物理老师说这个实验是物理学最经典十大实验之一

【回复】回复 @周周小灰机丶 :卡文迪许测重力常数的肯定是一个
【回复】回复 @阿K003 :有没有一种可能10大经典物理实验是国际评选的？还是说外国人不用十进制？
【回复】回复 @山斑鸠丨 :日本人:千年一遇。 美国人:当时最大的。 俄:乌拉。 欧洲:最伟大之一。 非洲:阿巴阿巴。 韩国:宇宙最强。
喂蚊子的瘦瘦钊:
讲完原理的时候我就在想这齿轮得多快，结果给我来了个8公里。。

【回复】肯定得拉长距离啊，我记得当初他做实验用的是灯塔还是啥来着，两座山头远远隔着做的实验
【回复】古代灯塔的照射距离有10几海里了。可以做实验
【回复】回复 @兽斗 :最早伽利略测量只有1英里，但是计时装置不支持这么短的时间。索菲的测量方法使用的旋转遮光板，也就是视频里的方法，实验距离8公里。后来傅科用的旋转的平面镜代替遮光板，增加精度。再后来，马尔科迅增加距离到36公里，达到原始室外机械测量极限。
无所事事何教授:
我有个好方法，找一个两米的墙，再拿一个手电筒🔦，打开电筒的瞬间，用眼睛观察光子从手电筒到墙壁大概花了多少时间，千万不能眨眼睛（划重点），然后通过时间和距离就能算出光速了，别说了，我准备去领诺贝尔奖了，只要v我50，我就把你名字加入我的团队，一起去领奖[doge]

【回复】我觉得把你拆了研究研究还能获得另一个诺贝尔奖[藏狐]
【回复】今天周五，你来晚了，我们周四已经入伙别的课题组了，诺奖我们当仁不让了[doge]
红毛KING:
不过，用伽利略这套粗糙的遮光灯所做不到的，后来用更精密的物理仪器做到了。我们看到的是法国物理学家斐佐（Fizeau）首先采用的短距离测定光速的设备。它的主要部件是安在同一根轴上的两个齿轮，两个齿轮的安装正好使我们在沿轴的方向从一头看去时，第一个齿轮的齿对着第二个齿轮的齿缝。这样，一束很细的光沿平行于轴的方向射出时，无论这套齿轮处在那个位置上，都不能穿过这套齿轮。现在让这套齿轮系统以高速转动。从第一个齿轮的齿缝射入的光线，总是需要一些时间才能达到第二个齿轮。如果在这段时间内，这套齿轮系统恰好转过半个齿，那么，这束光线就能通过第二个齿轮了。这种情况与汽车以适当速度沿装有定时红绿灯系统的街道行驶的情况很类似。如果这套齿轮的转速提高一倍，那么，光线在到达第二个齿轮时，正好射到转来的齿上,光线就又被挡住了。但转速再提高时，这个齿又将在光束到达之前转过去，相邻的齿缝恰好在这适当的时刻转来让光线射过去。因此，注意光线出现和消失（或从消失到出现）所相应的转速，就能算出光线在两齿轮间传播的速度。为减低所需的转速，可让光在两齿轮间多走些路程，这可以借助图 上所示的几面镜子来实现。在这个实验中，当齿轮的转速达到 1000 转每秒时，斐佐从靠近自己的那个齿轮的齿缝间看到了光线。这说明在这种转速下，光线从这个齿轮到达另一个齿轮时，齿轮的每个齿刚好转过了半个齿距。因为每个齿轮上有 50 个完全一样的齿，所以齿距的一半正好是圆周的 1/100，这样，光线走过这段距离的时间也就是齿轮转一圈所用时间的 1/100。再把光线在两齿间走的路程也考虑进来进行计算，斐佐得到了光速为 300 000 公里每秒或186 000 英里每秒这个结果

【回复】回复 @雷皇二次元 : 这个实验装置的设计点在于将前后两组交通灯的红绿出现间隔固定成了：第一组绿灯转红灯后，第二组立马变绿灯；第二组绿灯转红灯后，第一组立马变绿灯。然后在红与绿存在时间一样的情况下，通过改变 变灯频率，最终达到汽车顺利通过的情况，这时候就能计算车速了
【回复】回复 @雷皇二次元 : 理论上，只要光束在两齿轮间的游走距离足够远，齿轮的转速就可以很低，而借助多面镜子就能实现这个游走距离的延长
嗨米粥十年老粉:
我发现了一个绝妙的测量光速的方法:定义光在299792458分之一秒所走的距离为1米，这样就可以测出光速为299792458米每秒。

【回复】不用我多说了吧，自觉进去吧，记得向院长报道一下，你也是个不可多得的人才[doge]
【回复】不如定义光1秒走“1米”，回归自然单位制，此外也别忘了普朗克常数。
【回复】回复 @人的沟通 :你也进去
现代紫微斗数:
我想到了一个更巧妙的办法，众所周知，太阳到地球的距离为8.3光分，就是太阳光到地球需要8.3分钟，而根据常识，太阳到地球的距离为1.5亿千米，那么根据公式c=s/t即可求出[doge]

【回复】我还有更巧妙的方法，众所周知，光速是3×10的8次方，那么根据公式c = c，可得出光速是 3×10的8次方 米每秒
【回复】回复 @__kubernetes :你的智慧在我之上！
【回复】我还有更更巧妙的方法, 已知E=mc^2, 制取一定质量的反质子, 与等值量质子湮灭, 根据释放的能量便可计算光速平方[doge]
怀廿蔚铼:
首先根据光速3亿米每秒算出镜子需要距离8公里[doge]

【回复】光速的数量级一开始是通过天文观测得到的，虽然误差比较大，但起码知道了有10∧8以上，然后再设计的这个实验
【回复】现在光速确定了，毕竟现在的米是光速定义的了[doge]
にまびで:
光速是通过观测木球卫星距离测出来的，远木点和近木点有7分钟的测量差距。得出来光速2.1*10^8的数据。后续都是以这个数据为基础才设计出适合的实验道具。

【回复】是根据木卫一测出来的。先确认木卫一的周期，无论地球与木星的距离如何，木卫一周期不变。在地球离木星近时，当某次木卫一从木星背面绕出来时开始计时，计算在地球离木星远时，比如3个月后，木卫一从木星背后出现的时间，等到那时，把计算值和这时的观测值对比，发现木卫一出现时间会变晚一点。用两次观测时，地球和木星距离的差÷时间差就得到了数量级正确的光速。
【回复】回复 @一直很随意- :这是后面不断改进后测出来的正确值，当时这种卫星蚀法测的数值并不准。
啊喔鹅衣乌语:
最重要的是在测光速之前要先能够意识到有光速，即视觉上是存在信息传递的过程的。像开普勒、笛卡尔等人终其一生都认为光速是无限的，信息传递是瞬时的

【回复】牛顿时代就开始讨论光是波还是粒子，既然是波或者粒子，就肯定有速度
【回复】最早光速被发现是天文学家发现的，从地球上观测一颗木星的卫星，每当卫星转一圈就记录一次时间，然后这个天文学家发现这颗卫星出现的时间有时候比理论值早有时候比理论值晚，两个极值相差了22分钟，这是因为地球在“近木点”时，光线会更快到达地球，“远木点”更慢到达地球，两者的差值就是地球的公转轨道直径，22分钟也就是光走过一个公转轨道直径所需时间，这个观测的误差不小，但能意识到“光是有速度的”本身就已经非常了不起了
【回复】人类的知识本来就是靠一代代人更新迭代增加的
伽罗罗伽:
我有更简单的办法，只要在一光年的距离上观测这束光，如果刚好是一年，那么光速就是一光年➗一年[doge]

【回复】回复 @Berserker兰 :你以光速走一年不就知道一光年的距离了吗
【回复】回复 @博丽一灵夢 :你给我回病床上呆着
【回复】你这个年是闰年还是平年？
山寨科技工作者:
这里其实假设了光速一致性，而这一点在当时没有获得证明

【回复】回复 @fast_photon :它可能是说光子走过一定距离后，速度会不会存在衰减的问题
【回复】确实，后来我指导了爱因斯坦，让他注意光速不变性。后来他把光速不变当做相对论前提
【回复】回复 @Sup_skyline : 你应该先指导麦克斯韦
千月星痕11:
比较难的是调镜子，8km动一点光就不知反哪去了

【回复】当然不是直着的8KM啊，可以用很多镜子，只要保证镜子间的距离加起来有8公里就行了
【回复】想起小时候的激光笔 射出去是一个点 一两公里照墙上的时候就和窗户一样大了 这个八公里怕不是反射回来比一幢超高层还大
【回复】回复 @小小英雄小黑 :世界上第一台红宝石激光器是在20世纪50年代发明出来的 激光的原理是用特定频率的光将电子激发到高能级后再让其落到次高能级时发出的光（所以叫激光），其物理学原理是量子论 量子力学在20世纪20年代才创立
贵伯父:
这里有一个问题：需要证明镜面反射不会有时间延误。这不是无稽之谈，如果把“光子”比拟做机械粒子的话，那么“反弹”是需要时间的

【回复】你是对的，一般光速定义是包含“真空环境”。但就算是这实验时候的人还没意识到光在不同介质上有不同速度，但只要更换不同的距离、齿速来重复实验后，他们应该很快就能意识到这个问题，意识到有一个常数在影响结果，并很快发现这个常数跟使用的镜子有关
【回复】回复 @最后的灬夏风 : “光走一个来回的距离=16000米”，默认了“镜面反射不需要时间”
【回复】感觉反弹时间是不是可以忽略不计。因为相对于光走16公里，光在镜子上反弹所走过的距离应该很短
小章鱼哈哈哈哈:
光速如何测量？？跑道一头打灯，另一头看到就按表啊[doge][doge]

【回复】好像伽利略测过，打灯同时敲钟。 貌似当时以为音速比光速快。[doge]
【回复】有道理 误差几百个光速
【回复】回复 @汘沧master :伽利略做的大部分实验结论好像都是错误的[doge]
星游记xyjxyj:
大学做过这个实验测光速，不过已经改进很多了，观察点是一个光敏原件有光的时候高电压没光的时候低电压，然后接示波器用波形的频率就能算出光速，这样就不用要求齿轮和光源的距离足够远来满足能看清光的闪烁了[doge]

【回复】回复 @番茄你的绿帽 :看频率的东西，这种固定延迟每次都会引入，所以已经被消了
【回复】光敏元件的感应时间和电场的传导时间需要考虑吗
删站:
设计真的妙呀 但是怎么消除衍射，漫反射和光的扩散对实验造成的影响。

【回复】回复 @苍月de圆舞曲 :我再去了解了下，他仅仅只是设计了一个方法，并没有付诸实际实验[doge][doge]。
【回复】衍射和漫反射对实验几乎没有影响。光的扩散和在空气中的衰减是比较严重的问题，那时候激光还没有发明，是用的大功率光源+透镜组实现的近似平行光。没有激光的年代，光源的设计其实是这个实验的核心问题。
伊蕾娜的和服:
19世纪末，八公里的实验器材，具体是怎么建设的呢。我甚至不知道那个年代已经有激光了

【回复】一个放山顶，一个放山下，能见度好的时候甚至能看30公里。
【回复】那个年代没有激光。激光要到1950年之后才出现。那时候用的是大功率光源+透镜组。光源的设计是这个实验的核心技术。
【回复】算了我告诉你吧，这个是理想实验，这么紧密的齿轮镜子做不出来的，想象出来的实验，是灰人提供的数据
梦乃真帆:
并不需要真的距离8千米，多反射几次就行了

【回复】假如光反射需要时间，而且这个延迟还很大，怎么办
【回复】回复 @黄焖鸡好吃呀 :按等差数列每次增加反射面数量，求单次平均延迟，最后减去延迟[doge]
【回复】回复 @黄焖鸡好吃呀 :优秀，确实要考虑这个