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【破译光行差】从《咖啡杯里的宇宙:天文学史话》

时间:2023-10-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:在丹麦科学家奥勒·罗默发表其观点的半个世纪后,天文学家詹姆斯·布拉德利根据星体间的“光行差”,首次对光速进行了严肃估算。光行差这一天文现象,指的是从一个运动中的物体上,如地球,去观测其他星体时,会由于观测者自身的运动方向而看到相较于同一时间、同一地点静止的观测者观察到光的方向有偏差的现象。

【破译光行差】从《咖啡杯里的宇宙:天文学史话》

在丹麦科学家奥勒·罗默发表其观点的半个世纪后,天文学家詹姆斯·布拉德利根据星体间的“光行差”,首次对光速进行了严肃估算。光行差这一天文现象,指的是从一个运动中的物体上,如地球,去观测其他星体时,会由于观测者自身的运动方向而看到相较于同一时间、同一地点静止的观测者观察到光的方向有偏差的现象(如下图所示)。

为了更加具体地理解这一现象,我们可以类比人在雨中的情景。如果人静止不动,那么雨滴就是垂直落在身上的。然而一旦人跑起来则会感觉雨滴是倾斜成一定角度下落的。移动的速度越快,雨滴的倾斜角度越大。

在估算了地球围绕太阳公转的速度(因为在不知道日地距离的情况下,是无法得出这一数据的精确值的)并测量出太阳光到达地球时由于光行差造成的偏离角度后,布拉德利计算出光以3.08×105千米/秒的速度运行,该结果与实际数值3.0×105千米/秒已经十分接近了。

而要在完全可控条件下测量出光速,还要等到1862年。这年,法国物理学家莱昂·傅科测算出光速为299796千米/秒。这次的误差只有4千米/秒!

“够了!我想听您讲天文学的知识,不要总是围绕光的话题说来说去了!”(www.xing528.com)

好吧,好吧……不过理解什么是光很重要,这有助于了解后来的人们是如何发现宇宙的组成与结构的。

为了尽量不让您感到不耐烦,接下来我们将光学话题与天文学联系起来。

最初,为了解释人类眼睛可以感知光线的原因,恩培多克勒提出了奇异的理论。他认为眼球中存在火,是这个火光照亮了周围的环境,让人们能够看见东西。

这个看似丝毫站不住脚的理论一直到公元1000年才被推翻。当时,一位名叫海什木的阿拉伯思想家拿出了坚实可靠的证据,表明上述理论是毫无意义的。他将眼睛的功能与暗室中透镜将外部景象反射在墙壁上的效果进行类比。海什木认为人之所以有视觉是因为光作为一种粒子,照射在物体上后又反射至瞳孔中。

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