幾個世紀(jì)前,人類對光的本質(zhì)充滿好奇,其中最核心的爭議在于:光速究竟是無限的還是有限的?有人堅信光能瞬間抵達(dá)宇宙任何角落,無論距離多么遙遠(yuǎn);另一派則認(rèn)為,盡管光速極快,但仍需時間傳播,只是人類尚未察覺其速度的極限。這場爭論持續(xù)了數(shù)百年,直到一位丹麥天文學(xué)家的發(fā)現(xiàn),為這場辯論畫上了句號。
故事的主角是木星的衛(wèi)星——木衛(wèi)一。這顆直徑約3642公里的天體,比月球還要龐大,早在1610年就被伽利略通過望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)。科學(xué)家們很快注意到,木衛(wèi)一會周期性地“消失”又“重現(xiàn)”。這一現(xiàn)象被稱為“木衛(wèi)一蝕”,其原理是:木衛(wèi)一本身不發(fā)光,而是反射太陽光,而木星龐大的身軀會遮擋陽光,形成一片陰影區(qū)。由于木衛(wèi)一的軌道平面與木星公轉(zhuǎn)軌道幾乎重合,地球上的觀測者便能看到它周期性地進(jìn)入和離開這片陰影區(qū),仿佛在“隱身”與“現(xiàn)身”之間切換。
17世紀(jì)70年代,丹麥天文學(xué)家奧勒·羅默在巴黎天文臺工作,他的任務(wù)是精確記錄“木衛(wèi)一蝕”的發(fā)生時間。這一現(xiàn)象對當(dāng)時的航海者至關(guān)重要,因為它能幫助他們確定經(jīng)度,從而在茫茫大海中精準(zhǔn)定位。然而,在長期的觀測中,羅默發(fā)現(xiàn)了一個異常:木衛(wèi)一“消失”與“重現(xiàn)”之間的時間間隔并非固定不變,而是隨著地球與木星距離的變化而規(guī)律性地波動。
具體來說,當(dāng)?shù)厍蛟诠D(zhuǎn)軌道上遠(yuǎn)離木星時,木衛(wèi)一“消失”與“重現(xiàn)”的間隔會略微變長;反之,當(dāng)?shù)厍蚪咏拘菚r,這一間隔則會縮短。羅默意識到,如果光速是無限的,那么地球與木星的距離變化絕不會影響這一時間間隔。但實際觀測結(jié)果卻截然不同,這只能說明一個問題:光從木衛(wèi)一抵達(dá)地球需要時間,而這一時間的長短取決于地球與木星之間的距離。
1676年,羅默提出了一個大膽的結(jié)論:光速是有限的。他解釋道,木衛(wèi)一繞木星的運行周期是固定的(約42.5小時),但當(dāng)?shù)厍蜻h(yuǎn)離木星時,木衛(wèi)一從陰影區(qū)“鉆”出來時,地球已經(jīng)移動到了更遠(yuǎn)的位置,因此光需要更多時間才能抵達(dá)地球,導(dǎo)致時間間隔變長;反之,當(dāng)?shù)厍蚪咏拘菚r,時間間隔則會縮短。這一理論最初遭到質(zhì)疑,但很快得到了牛頓、惠更斯等科學(xué)巨匠的支持。隨后的觀測數(shù)據(jù)也反復(fù)驗證了羅默的判斷:光速確實有限,只是快得超乎想象。
更令人驚嘆的是,羅默還根據(jù)當(dāng)時的觀測數(shù)據(jù)估算出了光速的大致數(shù)值——每秒約22萬公里。盡管這一結(jié)果與現(xiàn)代測量的光速(每秒約29.98萬公里)存在差距,但在17世紀(jì),這樣的精度已堪稱卓越。羅默的發(fā)現(xiàn)不僅終結(jié)了光速是否無限的爭論,更為人類探索宇宙的奧秘奠定了基礎(chǔ)。











