在上山前,伽利略開始給隊員們布置任務(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)。我和貝尼尼負責(zé)掌管煤油燈,卡拉齊和卡拉瓦喬負責(zé)數(shù)據(jù)記錄。貝尼尼,你給我記住,當看到我的煤油燈發(fā)出的信號時,你也立即拉開滑蓋給我信號,我一看到你的信號我就會關(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,于是你按照前面的步驟重復(fù),我們就這么循環(huán)做下去,只要我給信號你就不要停。聽明白了嗎?貝尼尼?!?/p>
貝尼尼說:“是!”
看到這幅場景,如果不知道的人,保證以為伽利略是特種部隊的頭,正在打真人CS呢。
伽利略說:“卡拉齊,卡拉瓦喬,你們兩個負責(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來回內(nèi),你們總共看到你們的同伴發(fā)出了多少次信號。任務(wù)大家都清楚了吧?還有沒有問題?”
眾人齊聲:“沒有了!”
伽利略:“有沒有信心完成任務(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。伽利略的智慧是過人的,他已經(jīng)有了用統(tǒng)計學(xué)的方法來消除誤差的想法。他很清楚,他們在打開關(guān)閉煤油燈的過程中,必然會有很多來自方方面面的誤差,要消除這個誤差,就必須重復(fù)做大量的次數(shù)取均值。你可以想見在那個寒風(fēng)凜冽,伸手不見五指的山頂(為了實驗效果,他們還要特意選擇沒有月光、星光干擾的陰天),伽利略和他勇敢無畏的助手們?yōu)榱颂角蠊馑俚拿孛?,不知疲倦地做著開關(guān)煤油燈的機械動作,邊上還有兩個人一邊數(shù)著煤油燈開關(guān)的次數(shù),一邊還要注意鐘擺的擺動,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”來自嘲一下了。用煤油燈和鐘擺計時器想要測量光速無異于把比薩斜塔抱起來去量一下細菌的長度。雖然如此,我們?nèi)匀灰蛸だ灾戮?,是他吹響了人類向光速測量進攻的號角。
光速測量大賽
伽利略死后又過了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,這個榮譽要授予一個丹麥天文學(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,一般來說,那顆最亮的,那顆像燈泡一樣掛在天上的星星就是木星)。當年伽利略第一個發(fā)現(xiàn)木星原來也有衛(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去有時候這些衛(wèi)星會轉(zhuǎn)到木星的背面去,于是就產(chǎn)生了如同我們在地球上看月食一樣的現(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)。羅默對木星的“月食”現(xiàn)象整整觀察了9年,積累了大量的觀測數(shù)據(jù)。他驚奇地發(fā)現(xiàn),當?shù)厍蛑饾u靠近木星時,木星“月食”發(fā)生的時間間隔也會逐漸縮小,而當?shù)厍蛑饾u遠離木星時,木星“月食”發(fā)生的時間間隔也會逐漸變大。這個現(xiàn)象太神奇了,因為根據(jù)當時人們已經(jīng)掌握的定理,衛(wèi)星繞木星的運轉(zhuǎn)周期一定是固定的,不可能忽快忽慢。羅默經(jīng)過思考,突然靈光一現(xiàn):我天,這不正是光速有限的最好證據(jù)嗎?因為光從木星傳播到地球被我們看見需要時間,那么地球離木星越近,光傳播過來的用時就越短,反之則越長,這用來解釋木星的“月食”時間間隔不均現(xiàn)象那真是再恰當不過了。羅默的計算結(jié)果是光速是22.5萬公里/秒,已經(jīng)和真相差得不遠了。羅默最大的貢獻在于他用翔實的觀測數(shù)據(jù)和無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)生的時間要比其他天文學(xué)家計算的時間晚10分鐘到來,結(jié)果與羅默預(yù)言的分毫不差,從此,光速有限還是無限的爭論畫上了句號,整個物理學(xué)界都認同了光速是有限傳播的。