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与光共明10——伽利略:人类历史上第一个测量光速

(2012-09-02 08:51:45)
标签:

杂谈

分类: 与光共明


用火把、煤油灯、铅笔、白纸、人工测量光速。你听说过吗?你见过吗?你做过吗?

我们来看看老朋友伽利略是怎么做的!

第一个对光速无限大提出质疑的人就是我们的老熟人伽利略先生。伽利略从哲学的角度思考,认为物质从一个地方到达另一个地方不需要时间是一件无论如何都无法想象的事情,上帝既然创造了空间,那么就不应该再创造出可以无视空间存在的东西。伽利略毕竟是伽利略,他不仅仅是停留在对光速无限大提出质疑的层面上,而且开始着手用实验来测量光速。

伽利略一行四人,分成两组,分别登上两座相隔甚远的山峰,每组各自携带一个光源。很不幸的是,那个时代能够让伽利略他们挑选的光源只有两样:火把和煤油灯。伽利略他们只好带上两盏自己改良后的煤油灯,其实只是做了一个简单的改进,就是在煤油灯的一面加上了一个滑盖,这样亮光就被挡住了。如果把滑盖迅速地拉起,亮光就会照射出来,通过快速地拉动滑盖就能创造出从远处看来煤油灯一闪一闪的效果。除了两盏煤油灯外,还需要两只一模一样的钟摆计时装置(这种装置也是伽利略发明的,利用钟摆的等时性原理制成,是摆钟的前身),以及记录数据的纸笔

好了,这就是伽利略他们全部的装备。各位如果你们现在来到山顶,拿着这些装备,得到的任务是测量光速,你会怎么办?你是不是会一筹莫展呢?且看我们的大科学家伽利略是怎么做的吧。

在上山前,伽利略开始给队员们布置任务:“卡拉齐,你和我一组去A区,贝尼尼和卡拉瓦乔一组,你们去B区。我和贝尼尼负责掌管煤油灯,卡拉齐和卡拉瓦乔负责数据记录。贝尼尼,你给我记住,当看到我的煤油灯发出的信号时,你也立即拉开滑盖给我信号,我一看到你的信号我就会关上灯,然后你一看到我的灯灭了,你也赶紧把灯关上,我看到你关上了灯我就迅速的又把灯打开发出信号,于是你按照前面的步骤重复,我们就这么循环做下去,只要我给信号你就不要停。听明白了吗?贝尼尼。”

贝尼尼说:“是!”

看到这幅场景,如果不知道的人,保证以为伽利略是特种部队的头,正在打真人CS呢。

伽利略说:“卡拉齐,卡拉瓦乔,你们两个负责记录数据,你们听好了,你们的任务是记录在钟摆的一个来回内,你们总共看到你们的同伴发出了多少次信号。任务大家都清楚了吧?还有没有问题?”

众人齐声:“没有了!”

伽利略:“有没有信心完成任务!”

众人齐声:“保证完成任务!”

于是,带着必胜的信念他们上山去了。伽利略的智慧是过人的,他已经有了用统计学的方法来消除误差的想法。他很清楚,他们在打开关闭煤油灯的过程中,必然会有很多来自方方面面的误差,要消除这个误差,就必须重复做大量的次数取均值。你可以想见在那个寒风凛冽,伸手不见五指的山顶(为了实验效果,他们还要特意选择没有月光、星光干扰的阴天),伽利略和他勇敢无畏的助手们为了探求光速的秘密,不知疲倦地做着开关煤油灯的机械动作,边上还有两个人一边数着煤油灯开关的次数,一边还要注意钟摆的摆动,其难度可想而知。

然而不幸的是,虽然有必胜的信念,但却是一个不可能完成的任务。如果伽利略地下有知光速是每秒30万公里的话,他也只能用他的那句名言“追求科学需要特殊的勇气”来自嘲一下了。用煤油灯和钟摆计时器想要测量光速无异于把比萨斜塔抱起来去量一下细菌的长度。虽然如此,我们仍然要向伽利略致敬,是他吹响了人类向光速测量进攻的号角。

做了,才知道行不行?

与光共明10——伽利略:人类历史上第一个测量光速

 

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