世界第一快---光线

来源：中国数字科技馆

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世界上运动得最快的东西不是跑车，也不是飞机，而是我们身边无处不在的光线。即使是世界上最快的飞机也远远比不上光速。实际上，科学家认为任何有质量的物体的速度都不可能超过光速。

光在真空中的传播速度大约是30万千米/秒，精确地说是299792458米/秒。具体来说，在短短1秒时间内，光线就可以绕地球7圈半。而太阳与地球之间的距离非常遥远，在1.5亿千米左右，这段旅程需要花费阳光8分17秒的时间，所以其实在地球上的我们看到的一直都是8分钟以前的太阳。

光在真空中的传播速度是最快的，因为真空中不存在任何阻碍光传播的物质。光所通过的物质（介质）密度越大，光传播起来就越困难。和畅通无阻的真空环境不同，光线在地球上传播可就障碍重重：空气中稀疏地飘荡着各种气体分子和尘埃；水中稍紧密地涌动着水分子和其他溶质；玻璃中的分子就更密集了，所以在这3种分子排列越来越密集的介质中，光在空气中的传播速度比在水中要快，而在玻璃中最慢。

每当天黑，你打开灯，光总是能瞬间“跑”遍整个屋子，完全捕捉不到它的移动过程。那科学家们又是怎么知道光的速度的呢？

要测量一个物体速度，我们需要知道它在一定时间内通过的距离，或者通过一定距离所花的时间，然后用距离除以时间就能得到速度。光速的测量也不例外。但人们最开始测光速的时候，并没有想到它有这么快，结果往往以失败告终，一些科学家甚至认为光速是无限的。

1638年，意大利科学家伽利略曾尝试测量光速。他安排了两个人带着灯笼，分别站在相距一千多米的两座山顶上。其中一个人先亮起自己的灯笼，同时开始计时，而另一个人在看到对方的灯笼亮起后，也立即亮起自己的灯笼，对面第一个亮起灯笼的人看到灯光的同时终止计时。伽利略以为这样就能得到光线往返两座山顶一趟的时间，但他却忽略了人的反应速度。而且光的传播速度实在是太快了，以至于两个人前后亮起灯笼的时间差小到无法测量。虽然没有测出光速，但科学家开始意识到光的速度一定是不可思议地快。

到了1676年，丹麦天文学家罗默想到了另一个点子——既然地球上的空间距离不够，那就借助足够大的宇宙空间来测量光速。罗默在地球上观察木星的时候发现，在木星靠近地球的时候，木卫一绕木星的公转周期变短了。这很可能是因为光需要传播的距离变短了。根据这个现象和另一些科学家推算出的天文数据，当时的科学家已经能够计算出接近真实光速的速度——大约22万千米/秒。

但利用天体测量光速的周期的确太长，后来的科学家们又发明出了一些特殊的装置，利用光线在一定距离内多次反射的延时来计算光速。19世纪中期，法国物理学家傅科用他设计的旋转镜子，测出了相当准确的光速——约29.8万千米/秒。随着科技的进步，如今的我们拥有了更加精确的计时工具和测量方法，甚至能测出小于1纳秒的时间，这也让我们最终得到了精准度极高的光速值。

科学家想尽办法“捕获”光速并不是为了好玩，它对整个物理学的发展都有十分重要的意义。比如知道光速以后，借助光线这把可以无限延伸的“尺子”，测量天文单位的距离就变得容易得多，天文学中常用的光年指的就是光在真空中直线传播一年所经过的距离。光速的明确不仅加快了我们对宇宙的认识，还成为了科学家们不懈追求的极限速度。虽然理论上光速不可超越，但也有科学家认为，如果有一天我们能够超越光速就有可能穿越时空，把科幻小说变成现实！