光速：宇宙中最快的速度
超过一个世纪前，物理学巨匠爱因斯坦指出：光速是宇宙中无可匹敌的最快速度。
直到今日，尽管偶尔有超越光速现象的报道，但绝大多数科学家仍将此理论奉为圭臬，并且通常能找到证据解释这些异常现象。光速作为宇宙最快速度的地位仍屹立不倒。
测量光速之旅
测量光速是一个漫长而艰巨的过程，见证了人类智慧的不断进步。
亚里士多德
古希腊哲学家亚里士多德同样认为光速是最快的。与爱因斯坦不同，他们认为光速无限，即超距效应。这意味着，无论距离多远，光都可以在一端发出后立即被另一端接收。对他们来说，测量光速是不切实际的。
伽利略
与亚里士多德唱反调的代表人物是伽利略。他质疑光速无限论，并坚持要进行实验。他与助手爬上两座山，进行了一项实验：助手持一盏明亮的灯，在木板遮挡后移走，伽利略计算出助手移走木板与他看到灯光的时差。将距离除以时差即可得到光速。
但现在我们知道，伽利略的方法并无法取得成功，因为光速实在太快了。即使助手和伽利略远隔地球两端，光从一端到达另一端所需时间也不到 0.05 秒或 50 毫秒。而即使是反应灵敏的运动员也需要 150 毫秒的反应时间。伽利略的方法只能测量他的反应速度，这一点他自己也承认。
罗默
虽然伽利略的实验失败了，但这为测量光速奠定了基础。他的实验表明：要测量光速，需要更大的距离。他更重要的贡献在于，他指出了望远镜的观星能力，并且发现了木星的四颗卫星，其中木卫一在测量光速中扮演了重要角色。
1676 年，奥勒·罗默意外测量了光速的数值。
罗默本想测量木卫一的公转周期，作为天文学上精确的“时钟”。方法很简单：当木卫一被木星遮挡时，我们便看不见它；当它从阴影中走出，我们就能看到它。
罗默认为，不同时间测量的数据差异不是由木卫一不规则运动造成的，这与天体物理学定律相悖。他意识到唯一的解释是：光速传播。他转向利用这一发现来测量光速。
确定光速
假设我们从地球北极的上空俯瞰太阳系，那么地球、木星和木卫一都逆时针公转。假设地球在 F 点时观测到木卫一被木星遮挡（消失），即木卫一正位于 C 点。由于光速传播需要时间，所以当我们在 F 点看到木卫一到达 C 点时，它实际上已经移动到 CD 区间内。
当木卫一在 D 点重新出现（显现）时，地球可能已经移动到 G 点（为了方便理解，比例与实际情况不符）。与之前类似，当我们在 G 点观测到木卫一到达 D 时，它实际上已经在此之前几分钟便抵达 D 点。
通过计算 F 点和 G 点之间地球移动的距离除以木卫一显现与消失之间的时间差，罗默便得到了光速的数值。
反过来说，当地球远离木星的时候，情况就是相反了的。
当地球在L处发现木卫一在C处消失，又在K处发现木卫一在D处出现的时候，同样要考虑到延迟的效应。
这次，就相当于你用流量进场玩游戏，但是中途流量断了改用更慢的网，所以你玩的时间要比游戏实际的时间要长，也就是地球测量的木卫一消失-出现时间比木卫一实际消失-出现的时间要长。
然后罗默开始假设：设光速等于地球直径，而地球在木卫一公转一圈的期间移动的距离是210倍地球直径（不知道他是根据什么假设的），那么木卫一的光传播到地球的时间就要差了210秒（也就是游戏实际时间和你玩的时间差），也就是三分半钟。
换句话说，当地球靠近木星的时候，木卫一消失的时间会短3.5min，远离的时候会长3.5min，加一起就是7min。
而实际观测的结果是，二者相差并没有7min，而且差得很多。
由此可见，光在一秒钟内的传播速度，远远超过了地球直径。
他推测，光速的量级大约是10的8次方米每秒。
别说，和现在的数据还真是一个量级——虽然他的假设也有点离谱。
- 粗略计算
那么，确定了量级，还能更精确一点吗？
能。
对于木卫一的公转周期，虽然不是完全准确，但是基本是没有问题的，大约是42.5天。
也就是说，如果观察位置不变，木卫一消失的周期也应该是42.5天。
而位置如果变化了，那么就是光速传播所导致的了。
从1668年到1678年，罗默持续观察了11年的时间（前面讲得太多，我恐怕你连罗默是谁都忘了……）。
测量发现，地球距离木星最远的时候，木卫一消失的时间要比最近处晚了22分钟。
而这个时间，就是地球在太阳的两侧所带来的光速移动时间。
只要解决地球半径的问题，就可以解决光速的问题。
如果大家还记得我们以前【科学有道理】栏目关于日地距离测量的那一期的话，就会发现，这个时候人类还没有精确测量出日地距离。
罗默测出了时间，但是没有距离，这怎么算速度？
实际上，罗默的计算，就到此为止了。
很多人认为罗默首次计算了光速，但实际上，他更多的只是提供了借鉴。
通过复杂的计算，他得出了光每秒传播的距离比地球直径更大，仅此而已。
他的论文发表出去后，被惠更斯看见了。
他根据自己所掌握的天文数据，也就是比较粗略的日地距离，得到了光速大约是每秒22万公里。
牛顿计算的结果，是21万公里每秒。
他并没有说自己是根据什么计算的，我们很难相信他不是借鉴了罗默的学术成果。
牛大爷和惠大爷在关于光是波还是粒子的问题上吵得不可开交，所以也有可能是牛顿不甘落在惠更斯后面，才偷偷“抄作业”吧~
显然，不论是惠更斯还是牛顿，测量的光速都不准确，大约是现代数据的70%。
这是由于当时人们对于日地距离没有准确的数据，才出现了这个偏差。
即使按照日地距离已知的情况，罗默的数据也不准。
这里面可能导致误差的因素比较多，比如