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- 【長知識】科學家如何測量光速?
我們根本不測量光速(通常指光在真空中傳播的速度)。因為我們知道到底何為光速。
光速就是:c=299792458米/每秒。
這絕對100%準確,絲毫沒有測量誤差。要問原因麼,因為光速的數值就是我們定義的。
我們先來定義秒(銫133原子的超精細能階間躍遷輻射特定週期的持續時間),接著定義米的概念。所以我們需要測量的實際上是“米”。
我們用光速作為一個固定的速度,所以任何觀察者都能以此來定義自己的長度範圍。
光速的測量需要一個外部定義量,那就是“米”。但是在20世紀70年代,我們並沒有這樣的定義。
如果你真的很想用這個外部量來定義光速,其實也不難:你只需要在某個時間點t=0的時候向鏡子發射一束光脈衝,然後計算一下過了多久這束光回到了起點。這是雷達和聲吶工作的確切原理(雖然它們是利用速度來測距離,但是工作方式卻是如此。)
讓我們來了解一點背景知識:
關於“米”最初的定義是在法國大革命之後,大概1799年。當時它被定義為赤道和北極距離的1/10000000。
我們用當時對“米”和“秒”的定義測量(使用鏡子反射時間法或基於天文觀測)出光速數值大約為299792458,這並不是一個整數,其中還包括測量誤差。
最終我們意識到,用一個現有的東西來定義“米”的實在是讓人有點糾結。因此,我們試圖用一個誰都可以使用的方法來定義它,並不再引用一個“標準對象”。
所以呢,我們用光速來重新定義了“米”。
今天一米的正式定義為:光在真空中一秒時間內所傳播距離的1/299792458。同時,秒的定義也來自銫元素。
因此,這也與上述光速的數值相符合。
我們之所以選擇這一數字(而不是更方面的數字,例如300000000)是因為這個數字對“米”的定義有著極其微小的改變,但是卻能讓符合各方面的需求。
使用該定義的結果是任何對光速進行測量的嘗試都是周期性的,從某種程度上來說你是用“米”來測量,而“米”的定義依靠光速。
所以現在你需要做的是,當你“測量”光速的時候(在真空中),實際上是“檢測你測量機器的精確度”。