在上山前,伽利略開始給隊(duì)員們布置任務(wù):“卡拉齊,你和我一組去A區(qū),貝尼尼和卡拉瓦喬一組,你們?nèi)區(qū)。我和貝尼尼負(fù)責(zé)掌管煤油燈,卡拉齊和卡拉瓦喬負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)記錄。貝尼尼,你給我記住,當(dāng)看到我的煤油燈發(fā)出的信號(hào)時(shí),你也立即拉開滑蓋給我信號(hào),我一看到你的信號(hào)我就會(huì)關(guān)上燈,然后你一看到我的燈滅了,你也趕緊把燈關(guān)上,我看到你關(guān)上了燈我就迅速的又把燈打開發(fā)出信號(hào),于是你按照前面的步驟重復(fù),我們就這么循環(huán)做下去,只要我給信號(hào)你就不要停。聽明白了嗎?貝尼尼?!?/p>
貝尼尼說(shuō):“是!”
看到這幅場(chǎng)景,如果不知道的人,保證以為伽利略是特種部隊(duì)的頭,正在打真人CS呢。
伽利略說(shuō):“卡拉齊,卡拉瓦喬,你們兩個(gè)負(fù)責(zé)記錄數(shù)據(jù),你們聽好了,你們的任務(wù)是記錄在鐘擺的一個(gè)來(lái)回內(nèi),你們總共看到你們的同伴發(fā)出了多少次信號(hào)。任務(wù)大家都清楚了吧?還有沒(méi)有問(wèn)題?”
眾人齊聲:“沒(méi)有了!”
伽利略:“有沒(méi)有信心完成任務(wù)!”
眾人齊聲:“保證完成任務(wù)!”
于是,帶著必勝的信念他們上山去了。伽利略的智慧是過(guò)人的,他已經(jīng)有了用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法來(lái)消除誤差的想法。他很清楚,他們?cè)诖蜷_關(guān)閉煤油燈的過(guò)程中,必然會(huì)有很多來(lái)自方方面面的誤差,要消除這個(gè)誤差,就必須重復(fù)做大量的次數(shù)取均值。你可以想見在那個(gè)寒風(fēng)凜冽,伸手不見五指的山頂(為了實(shí)驗(yàn)效果,他們還要特意選擇沒(méi)有月光、星光干擾的陰天),伽利略和他勇敢無(wú)畏的助手們?yōu)榱颂角蠊馑俚拿孛埽恢>氲刈鲋_關(guān)煤油燈的機(jī)械動(dòng)作,邊上還有兩個(gè)人一邊數(shù)著煤油燈開關(guān)的次數(shù),一邊還要注意鐘擺的擺動(dòng),其難度可想而知。
然而不幸的是,雖然有必勝的信念,但卻是一個(gè)不可能完成的任務(wù)。如果伽利略地下有知光速是每秒30萬(wàn)公里的話,他也只能用他的那句名言“追求科學(xué)需要特殊的勇氣”來(lái)自嘲一下了。用煤油燈和鐘擺計(jì)時(shí)器想要測(cè)量光速無(wú)異于把比薩斜塔抱起來(lái)去量一下細(xì)菌的長(zhǎng)度。雖然如此,我們?nèi)匀灰蛸だ灾戮?,是他吹響了人類向光速測(cè)量進(jìn)攻的號(hào)角。
光速測(cè)量大賽
伽利略死后又過(guò)了30多年,也就是到了1675年左右,人類終于首次證明了光是有傳播速度的,這個(gè)榮譽(yù)要授予一個(gè)丹麥天文學(xué)家,他的名字叫羅默(Olaf,Romer,1644-1710)。羅默特別喜歡觀測(cè)木星(這是最容易在地球上看到的一顆星星,很大很亮,像我在上海,夜晚的燈光很亮,天上只能看見少數(shù)的幾顆星星,一般來(lái)說(shuō),那顆最亮的,那顆像燈泡一樣掛在天上的星星就是木星)。當(dāng)年伽利略第一個(gè)發(fā)現(xiàn)木星原來(lái)也有衛(wèi)星,而且至少有四顆,這四顆衛(wèi)星圍繞著木星公轉(zhuǎn),從我們地球的角度看過(guò)去有時(shí)候這些衛(wèi)星會(huì)轉(zhuǎn)到木星的背面去,于是就產(chǎn)生了如同我們?cè)诘厍蛏峡丛率骋粯拥默F(xiàn)象,木星的衛(wèi)星慢慢地消失,然后又在木星的另一側(cè)慢慢出現(xiàn)。羅默對(duì)木星的“月食”現(xiàn)象整整觀察了9年,積累了大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)。他驚奇地發(fā)現(xiàn),當(dāng)?shù)厍蛑饾u靠近木星時(shí),木星“月食”發(fā)生的時(shí)間間隔也會(huì)逐漸縮小,而當(dāng)?shù)厍蛑饾u遠(yuǎn)離木星時(shí),木星“月食”發(fā)生的時(shí)間間隔也會(huì)逐漸變大。這個(gè)現(xiàn)象太神奇了,因?yàn)楦鶕?jù)當(dāng)時(shí)人們已經(jīng)掌握的定理,衛(wèi)星繞木星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期一定是固定的,不可能忽快忽慢。羅默經(jīng)過(guò)思考,突然靈光一現(xiàn):我天,這不正是光速有限的最好證據(jù)嗎?因?yàn)楣鈴哪拘莻鞑サ降厍虮晃覀兛匆娦枰獣r(shí)間,那么地球離木星越近,光傳播過(guò)來(lái)的用時(shí)就越短,反之則越長(zhǎng),這用來(lái)解釋木星的“月食”時(shí)間間隔不均現(xiàn)象那真是再恰當(dāng)不過(guò)了。羅默的計(jì)算結(jié)果是光速是22.5萬(wàn)公里/秒,已經(jīng)和真相差得不遠(yuǎn)了。羅默最大的貢獻(xiàn)在于他用翔實(shí)的觀測(cè)數(shù)據(jù)和無(wú)可辯駁的邏輯證明了光速有限,并且還精確地預(yù)言某一次“月食”發(fā)生的時(shí)間要比其他天文學(xué)家計(jì)算的時(shí)間晚10分鐘到來(lái),結(jié)果與羅默預(yù)言的分毫不差,從此,光速有限還是無(wú)限的爭(zhēng)論畫上了句號(hào),整個(gè)物理學(xué)界都認(rèn)同了光速是有限傳播的。