这个问题我已经说过多次了,看到还有良多人苍茫不解,就再简单说一下。最简单了然的谜底就是:光速不是计较出来的,而是测量出来的。当然这个测量里面也有计较,但所有的计较都是以测量数值为准。
为了测量到精确的光速,科学家们前仆后继了几百年,一次比一次切确,最终经由过程激光波长和频率测量,测得了最精准的光速。
最早测量光速的前驱
测量光速最早是由伟大的科学前驱伽利略提出并实践的。但那时没有很好的测量设备,当然就测禁绝了。伽利略采用什么方式呢?本来他让两位助手,别离站立在距离1英里的两个山头,各自提着一个灯笼,采纳别离举起,用秒表计时的法子,想要测量出光速。
具体的方式就是a山头的助手举起灯笼同时按下秒表,当b山头的助手看到a山头助手举起灯笼时,本身当即举起灯笼,a山头的助手看到b山头助手举起灯笼后当即按停秒表,理论上,这样就可以或许得出光线往返a、b两个山头的时候。
这个设法没有错,错在光速太快了,这种简单粗暴的方式当然连光速毛都摸不着。光速每秒约30万千米,两个山头只有约1.6千米,往返一趟也就是3.2千米,光速往返只需约十万分之一秒。人的眼睛和按秒表的手怎么可能有这么快呢?说穿了,就是这点时候人眼和人手底子没法子分辩和反映,是以,这个尝试当然只有掉败了。
尝试固然掉败了,但依然有不凡的意义。首先是伽利略质疑光是有速度的,打破了禁锢人类几千年的光速无限论;其次为测量光速开了个头,凭着伽利略的宿世界影响,测量光速开导了后续的很多科学家。
从机械测量到紧密仪器测量
自从伽利略测量光速后,几百年来很多科学家们采用各类方式,但愿获得光速的精确数据。这些科学家包罗并不限于牛顿、惠更斯、卡西尼、斯特鲁维、麦克斯韦、费罗姆等等,今天只粗略列举几位起到最主要关头感化的人物。
最早初次用科学方式证实光速有限,并定量估算出光速值的是丹麦天文学家奥劳斯·罗默。1676年,罗默操纵不雅测木星卫星木卫一在木星圆面上的投影周期转变,获得光速为每秒22万千米。这个数值显然与现代光速切确值相去甚远,后来人们发现罗默的方式是切确的,只是那时罗默对太阳光跨越地球的时候计较错误,导致光速计较误差。
后来人们获得了太阳光跨越地球的精确数值,再用罗默的方式,获得的光速与现代切确值很接近。1728年,詹姆斯·布雷德里同样用罗默的方式不雅测,获得的光速数值为298000km/s(千米/秒),与现代切确光速值只相差不到1%。
1849年,法国物理学家菲佐用扭转齿轮法初次在地面尝试室中测量出光速为315000km/s;1862年,法国物理学家傅科将菲佐的扭转齿轮法改良为扭转镜法,获得光速为298000(±500)km/s;1926年,美国物理学家迈克尔逊又改良了傅科的尝试,测得光速为299796(±4)km/s;1952年,英国尝试物理学家费罗姆采用微波干与仪法测得光速为299792.50(±0.10)km/s。
至此光速值已经很切确了,被保举为国际通用,一向到1973年。1972年,美国人埃文森经由过程直接测量激光频率和真空中波长,再按照公式v=1/√μ0ε0计较出光速。这里的v暗示真空电磁波速度(光速),μ0暗示真空导电率,ε暗示为真空介电常数。这样获得的光速值为299792458±1.2m/s(米/秒)。
这已经是光速的尺度值,被1975年15界国际计量大会确定为国际保举值,宿世界通用。但这个数值还有个±1.2m的误差或者不确定性,这是为什么呢?
是因为米不是按照光速来定制的。
就像一小我的身高被测量为1.78m或1.65m,这只是一个大致值,并非切确值。因为这个值的切确度只是取到cm(厘米)级,而厘米以下还有mm(毫米),毫米以下还有μm(微米)、nm(纳米)、pm(皮米)、fm(飞米)、am(阿米)等等,无法穷尽,一向到普朗克标准1.6*10^-35m。
这样若是要用高精度仪器测量一小我的身高,后面的小数就良多良多,不成穷尽。这就是因为m这个单元不是按照人体定制的。同样那时的米单元也不是按照光速定制的,光速就不成能当作为一个正整数。
那么米是一个什么单元呢?本来最早1米的长度是按照从地球赤道经由过程巴黎子午线到海说神聊极的距离,取其万万分之一确定的,也就是说1米是地球赤道经由过程巴黎子午线到海说神聊极的直线距离的1万万分之一。这样以地球概况距离确定的1米怎么可能正好会与光速当作整数呢?
为了将光速界说为一个正整数,也为了让“米”这个长度单元有更精确的界说,在1983年17届国际计量大会上,决议将米从头界说为:光每秒在真空中行进的1/299792458。这样米再也不是按照子午线长度来界说了,而是与光速合为一体,从此光速也就当作为了c=299792458m/s这样一个正整数。
秒的界说也需要切确
此刻问题又来了,以上光速的界说值是“每秒”在真空中行进的距离,那么这个“每秒”又怎么界说呢?在我们日常生活中,一秒就是“滴答”一下,感觉没什么大不了的,但在光速的行进中,这个“滴答”稍有差池,就会相差万里,这就是科学与我们日常生活的分歧之处,这种分歧用“吹毛求疵”来形容都差远了。
为了让光速更切确,时候和标准更同一,2019年5月20日,按照第26届国际计量大会决议,米的界说更新为:当真空光速c以m/s为单元表达时,拔取固定命值1/299792458来界说米,而此中的“秒”则以铯原子频率ΔνCs来界说。(上图:铯原子钟)
铯原子频率约为:9.19×10^9/s,此刻1秒的界说为:铯-133原子基态的超邃密能级之间的跃迀,所对应辐射9192631770个周期所持续的时候。这样,我们领会光速的界说就当作了铯原子振动9192631770个周期持续时候,光在真空中行进299792458m。
此刻光速已经当作为物理常量,不再测量更改了。
既然光速和米已经当作为彼此印证的切确值,国际计量大会决议,此后真空光速就当作了一个常量界说值,不再更改了。是以,此刻的光速当然就当作为一个正整数了。但还有网友不甘愿宁可,认为既然光速弄个正整数,为啥不弄个更“整”的数值,如300000km/s呢?
若是要弄,当然可以,但这样一来,米的界说就要放大很多了,对于人们用惯了的米尺和所有的汗青关于标准的记录,就都要推倒重来了。而此刻的调整,只是科学范畴很细微的调整,1米与曩昔1米几乎看不出任何相差,完全不影响民间和汗青怀抱的应用。
当然,若是必然要吹毛求疵,此刻的米测量人依然只是一个大致值,因为米不是按照人的高矮来确定的,这下列位大白了吧?看了这篇诠释,还会有人问“为什么人不是1米或两米高,必然要弄个1点几米”诸如斯类的问题吗?那就今后再回覆了,哈哈~
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