“什麼,惠更斯先生計算的光速是錯誤的?”
聽到徐雲這番話。
法拉第頓時愣住了。
眾所周知。
光速的單位很大,因此存在誤差是非常非常正常的事兒,甚至可以說是必然。
彆的不提。
就隻比較惠更斯和小牛所計算出的結果吧。
一個是21.2萬公裡每秒,另一個是21萬公裡每秒,相差了足足2000公裡。
但徐雲所說的值得被糾正的錯誤,顯然不是這種臨近數字上的誤差。
他所指的誤差無疑是‘量級’層麵上的概念,最少最少都在20以上。
可是......
這怎麼可能呢?
要知道。
與光的本質探究不一樣。
由於光的速度實在是太快了,以至於在日常生活的尺度下,人們根本就無法意識到光從a處傳播到b處還需要花費時間。
因此在古代世界無論東西方,先民們基本上都沒有光速的概念。
這種類似常理的觀念一直持續到了17世紀,才被伽利略提出了質疑,並且設計了一個實驗。
伽利略設計的實驗是這樣的:
兩個人各自拿著一盞燈籠分彆站在兩座山頭上,每個人都用擋板把手中的燈籠遮住。
接下來。
一個人把自己的手中的擋板拿掉。
對麵山頭的人在看到燈光後,立刻把自己手中的擋板也拿掉。
第一個人則記錄下從自己拿掉擋板到看到對方手中燈籠的時間,這就是光線在兩座山頭之間跑一個來回的時間。
用兩座山頭之間的距離除以時間,就可以得到光的速度了。
毫無疑問,這個實驗最後當然失敗了。
因為假設兩座山頭之間的距離是一公裡的話,光線在兩個山頭之間跑一個來回隻需要0.0000067秒。
而人的反應時間普遍在零點幾秒的區間,這是光線在山頭間跑一個來回所需時間的三萬倍。
所以無論伽利略怎麼測量,他測出來的都隻不過是這兩個人的反應時間而已。
所以伽利略最後便放棄了測算光速的想法,人類第一次試圖計算光速以失敗而告終。
不過人類的天才並不止伽利略一位,伽利略去世後二十年,便有人想當了一個可以測算光速的方法。
這個人的名字裡也帶個羅,叫做羅默,是一位丹麥的天文學家。
早些年羅默在觀測宇宙的時候注意到,木星有一顆叫做“埃歐”的衛星——也就是木衛一。
在那個年代。
天文學的發展已經使得人們可以計算出這顆衛星圍繞木星運行的周期,並算出在它在地球上可以被觀測到的準確時間。
羅默敏銳地意識到,在一年之中,地球和木星之間的距離是在不斷變化的。
所以埃歐發出的光傳播到地球所花費的時間也不儘相同。
人們在地球上所觀測到的時間的差異,正是光線傳播過不同的距離所耗費的時間的差值。
後來經過羅默長時間的觀測,發現了一個情況:
當地球和木星距離最近的時候,埃歐出現的時間比平均值早了11分鐘。
而當地球和木星距離最遠的時候,埃歐出現的時間則比平均值晚了11分鐘。
11+11=22。
換而言之。
這22分鐘的差值,就是光線走過地球和木星間最大和最小距離之差的時間,是可以用來計算光速的。
浩瀚的宇宙空間,為人類提供了足夠大的尺度來計算這個數字。
於是。
羅默在1676年公開了這個推測以及相應的觀測數據。
不過羅默本人並沒有親自去算出一個具體的數值來,最終完成計算的是上頭提到的惠更斯,得出的光速為21.2萬公裡秒。
小牛在自己的《光學》中提到了相似的數值,但沒說是怎麼得來的,後期普遍認為大概率是參考了羅默的數據。
當然了。
以小牛正史上的尿性,哪怕參考了也不會承認。
總而言之。
有小牛和惠更斯的計算結果擔保,光速是21.2萬公裡秒的概念,在科學界中一直被視為真理。
雖然期間有過布萊德雷這種另辟蹊徑,通過恒星的光行差法計算出光速大概在三十多萬的例子。
但由於計算方式涉及公轉,邏輯上的漏洞實在是太多了,故而始終沒有被主流接受。
所以在聽到徐雲的那句‘糾正錯誤’時,法拉第下意識的就想張口去反駁。
但話未出口,他的腦海中便浮現出了另一個念頭:
徐雲掌握的數據,很有可能是肥魚計算出來的結果。
那可是肥魚啊......
兩種情緒在腦海中激烈的碰撞,令拉法第的臉色都有些陰晴不定了起來。
過了一會兒。
他深深看了眼徐雲,默然離開棚子,選擇了做個等等黨。
.......
冬日的天色暗的很快。
法拉第曆離開後半個小時不到,天色便開始陰暗了下來。
又過了一會兒。
威廉·惠威爾派人送來了麵包和牛奶。
整條被封閉起來的道路周圍,也逐漸圍聚起了看熱鬨的學生。
一個小時後。
黑夜徹底降臨。
噠噠噠——
一位學聯乾部快步走入棚中,牛皮靴與底麵發出了清脆的接觸聲。
隻見他與同事低語了幾句,便對徐雲道:
“羅峰同學,時間和設備都已經差不多了,請隨我過去吧。”
徐雲點點頭,跟著他離開小棚,來到了一處空地上。
此時這處空地除了中間區域,周圍早已密密麻麻的圍了不少人:
其中有小麥、艾維琳——這倆人一個是三一學院的第二位減費生,人稱‘小牛第二’,另一位乾脆就是艾斯庫家族的唯一嫡係後代,能出現在這裡實屬正常。
另外還有安古斯·羅曼、
將湯姆遜視為情敵的弗雷德裡克·阿加爾·埃利斯、
未來的作曲家馬克斯·克裡斯蒂安·腓特烈·布魯赫等等。
這些人都是選出來的學生代表,代替學生群體見證整個過程。
剩下的就是包括阿爾伯特親王在內的領導和教授了,威廉·惠威爾、法拉第、斯托克斯等人儘數在場。
在他們圍聚的中心處,便是準備好的一些設備。
徐雲要求的這套設備其實非常簡單,一共有四個模塊分布在四個不同的區域:
首先便是徐雲所在的操作台。
這裡有一張桌子,一支固定在桌上的手電筒,一個鍍了銀的透鏡,一架望遠鏡。
第二個區域在他正左側...也就是九點鐘方向二十米左右。
那裡立著一塊成像板。
第三個區域是左前方十點半鐘方向。
那兒放著一塊不停旋轉的旋轉鏡,與成像板的連線正好與操作台和成像板的連線垂直。
旋轉鏡、成像板、操作台,正好形成一個“”型。
至於最後一個模塊則在五公裡外,那裡放著一塊凹麵鏡,由三一學院的幾位助教看守。
凹麵鏡和旋轉鏡之間的連線與旋轉鏡和成像板連線垂直,也就是在‘’左邊那一丨的頂部橫拉一條垂直的線。
看到這裡。
想必有部分聰明的同學已經猜到到了。
沒錯。
徐雲這次準備使用的,正是傅科發明的旋轉鏡測光法!
上頭提及過。
小牛和惠更斯計算出來的光速數值,在很長的一段時間內都被視作權威。
這種情況直持續到了1849年。
當時一個叫做阿曼德·斐索的科學家受阿拉果啟發,想出了一個精密的實驗,從而打破了這個‘權威’:
他設計了一個齒輪,將它放在了光源和鏡子之間。
當齒輪不動的時候,從光源發出的光從齒輪的縫隙中穿過。
在經過鏡子反射之後,又會穿過同一個縫隙被觀測者觀察到。
當齒輪開始轉動並達到一定的轉速之後,光線在返回時,原先的齒縫剛好轉過。
光線就會打在齒輪上而無法被觀測。
如果繼續將齒輪的轉速加快,此時光線就會穿過下一個齒縫再次反射回來。
整個過程不需要考慮人的視覺反應速度,隻需要知道齒輪的齒數、轉速以及觀測者與鏡子之間的距離,就可以計算出光速。
不過受工藝影響,這個方法還是有點問題。
畢竟是在用齒輪遮擋光嘛,導致最終測出來的光速大概有5左右的誤差。
所以後來的傅科——也就是搞出傅科擺的那位大佬,他想了想,就把齒輪改成了旋轉鏡。
同時在流程上又進行了部分優化,將精度鎖定到了28.9萬公裡。
等到了邁克爾遜時期,他便又換成了八麵鏡,使得精度再一次得到了提高。
徐雲在圖書館查資料的時候曾經發現。
副本中由於世界線變動的緣故,給阿曼德·斐索啟發的阿拉果並未提出測光的思路,他在大學畢業後便一頭紮進了波動說的懷抱。
自然而然的。
阿曼德·斐索也就沒有在一年前完成自己的齒輪測光實驗。
齒輪測光都尚且沒有,就更彆說傅科了:
傅科比斐索大概晚一年半完成了旋轉鏡測光,傅科的靈感正是源自斐索的論文。
所以在圖書館的時候,徐雲就已經做好了預案,準備將光速測量作為一個切入點。
隻是沒想到,這個機會會來的如此之快。
當然了。
或許有同學會問:
不對啊。
邁克爾遜的精度不是更高嗎,為什麼不用八麵鏡呢?
原因很簡單,說到底就兩個字:
場地。
你彆看斐索測光的步驟好像很簡單,示意圖上的距離似乎很短。
實際上由於光速實在太快,齒輪根本擋不住光線,斐索的實驗一開始是失敗的。
他隻能不斷延長實驗距離和齒數,以及提高齒輪的轉速,希望能擋住反射回來的光線。
後世網上能找到斐索測光的圖示,看起來距離好像很短,但實操中的光路達到了8633米。
至於八麵鏡嘛......
不好意思。
22英裡,多來兩個都能去倫敦了。
因此幾經思考之下。
徐雲最終選擇了傅科發明的旋轉鏡測光法。
其實旋轉鏡測光法的光路最短可以縮減到20米左右,但徐雲為了能讓實驗更具熱度,便選擇了五公裡這個劍橋大學能騰的出來的數值。
在20米的場地內做實驗,和在五公裡的場地內演示,吸引來的觀眾完全將是兩個概念。
反正光路和旋轉鏡轉速是符合正相關的,光路一長,對應調整好轉速就完事兒了。
當徐雲來到場地邊上時。
法拉第正與斯托克斯一起站在操作台邊,皺著眉頭,沉默不語。
他們的表情帶著明顯的疑惑,但也隱約可見少許的明悟,似乎將將觸碰到了某些邊界一般。
徐雲見狀走上前,對著幾位大佬依次打招呼:
“阿爾伯特陛下,惠威爾院長,法拉第先生,斯托克教授,晚上好。”