为什么光速是299792458米每秒,而不取整3亿米每秒?

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艾伯史密斯
2020-09-16 · 探索讨论科学问题,坚持客观严谨态度!
艾伯史密斯
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长度单位“米”和时间单位“秒”都是人为定义的,真空光速是宇宙中的一个常数,经过人类定义后刚好为299792458米/秒而已。

  平常我们说光速为30万公里每秒,实际上真空光速的准确值为299792458米/秒,而且这是绝对准确的值,没有任何四舍五入的小数部分;真空中的光速是不变的,但是真空光速的数值,会随着长度单位和时间单位的不同而不同,比如换算成英尺大约是983571058英尺/秒。

  时间的定义

  人类最初对时间的定义,是根据地球自转和公转周期确定的,也就是一个太阳日为24小时,每个小时为60分钟,每分钟为60秒。

  

  但是地球的自转周期并不稳定,会受到外界因素的影响,比如2004年的印尼大海啸,就让地球的自转周期缩短了3微秒,随着人类对时间精度使用要求的提高,利用地球自转定义时间已经不够精确。

  

  目前对时间的定义,是利用铯-133原子在两个超精细能级的间跃迁作为“秒”的定义,定义跃迁辐射电磁波周期的9192631770倍为“1秒”,我们再利用秒,就可以衍生出其他时间单位。

  长度的定义

  最初人类对长度的定义,不同文明有不同的方式和标准,比如中国古代有尺、丈、寸等等,现代单位中的“米”,最早是由法国使用的,定义通过巴黎的子午线从赤道到北极点长度的千万分之一为“1米”。

  

  后来国际计量大会使用铂铱合金制作成标准件,以此作为国际米原器,但是国际米原器受材料、温度、测量方式等等因素的影响,其测量长度总会有误差,而且很难保证复制品和国际米原器完全一致。

  

  相对论描述光在真空中的速度是一个常数,实验也证实了这点,于是在1983年的国际计量大会上,把“光在真空中行进1/299792458秒的距离”定义为1米,这个定义完全依赖于时间秒的定义以及光速不变原理。

  

  至于为什么会使用1/299792458而非1/300000000来定义单位“米”,主要是为了衔接旧时定义方案,因为本初子午线从赤道到北极点长度的千万分之一,大约就是光在真空中行进1/299792458秒的距离,这样定义可以降低单位定义变动对社会带来的影响。

  所以我们可以确信地说,光速的准确值为299792458米/秒,而30万公里每秒只不过是光速的近似值而已。

星球上的科学
2020-07-21 · 科学爱好者,科普天文知识!
星球上的科学
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光速是一个基本的物理常量,是指光波或电磁波在真空或介质中的传播速度,在爱因斯坦的相对论中,光速是目前宇宙中发现的最快速度,而地球到太阳的距离长达1.5亿公里,光仅用8分钟就走完,绕地球一周的话,光只需一秒就可以完成绕地球7周……

光速每秒299792458米,在一般的情况下,为了方便计算或者是便于记忆都会取整数,这样大约一点点刚好可以取30万公里每秒,那么为什么光速不取整呢?

实际上,光速的测量是一个漫长的过程。

首先经历了伽利略过程,他的实验原理很简单,站在两座山头,拿着一盏灯,先用木板挡住它,然后移走木板,露出灯光,通过计算移走木板和自己看到灯光的时差,用距离除以时间,就是光速了,但由于距离太小,时间无法精准计算,最终以失败告终;

其次就是罗默的测量过程,他通过伽利略发现的木星几颗卫星,即伽利略卫星,利用了掩星法进行测量,得出光速在22万公里每秒以上,确定了量级,但还是不准确;

然后就是索菲的测量过程,他通过齿轮法计算,得出光速是每秒31.5万千米,而这个数字离目前的精确值还有一定的差距;

后来到了1862年,傅科又创造了一种测定光速的方法,用一个高速转动镜来测量微小的时间间隔,但测量的原理还是利用速度等于距离除以时间;

再之后,迈克尔逊设计了旋转镜和干涉仪,用以测定微小的长度、折射率和光波波长来测得光速,在1879年,得到的光速为299910±5千米/秒,1882年,得到的光速为299853±6千米/秒,而这个结果也被公认为国际标准,沿用了40年;

最后科学家通过利用激光测量光速,它的测量原理是出自于光的波动说,光速等于波长乘以频率,即c=λν,通过测量出波长和频率来计算光速c,目前这种方法测出的光速是最精确的。

在1975年,第15届国际计量大会决议把真空中的光速值定为c=299 792 458米/秒,一般取c=3×10^8米/秒。

光速为什么不能取整?

首先光速在某些计算情况下是可以取整的,不过取整是光速的近似值,这也是为了方便计算。

至于为什么光速是299792458而不是300000000,这个问题牵扯到了我们人类最初如何定义一米和一秒的长度,最开始人类定义一米和一秒完全是根据实际需求而人为定义的,与光速是没有任何关系的。

由于米和秒的长度是我们祖先人为定义的,而且是在光速出现之前定义的,所以光速就使用了1/299792458秒而非1/300000000秒来定义单位“米”,主要是为了维持开始的定义方案,并且尽可能的降低单位定义变动对社会所带来的影响,因为对长度的不同定义,会造成光速具体数值的变化,但不管我们如何定义米和秒,光速都是恒定的,你可以定义光速为任意数值,但导致的是一米的长度变短了或者是一秒的长度变长了。

光速相对于任何参考系而言都是恒定不变的——光速不变原理

在狭义相对论中,指的是无论在哪种惯性参照系中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变,可以理解为,无论在哪种惯性系中观察,光都是一个常数,数值固定为299792458米/秒。

总而言之,米和秒还都是人类自己定义出来的标准,而光速是靠米和秒这些定义以及标准来测量和表述的,如果光速重新修订的话,那么整个世界的标准也将重新制定。

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情感倾听者

2020-07-21 · 少些批判,多点倾听
知道小有建树答主
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光速是根据从赤道北极点距离的千万分之一制定的。对于这个精度要求是比较高。 假如是多一秒的话,也就多了1/86400。跟地球自转有很大关系。
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取个名都好难_
2020-07-21 · TA获得超过5.4万个赞
知道大有可为答主
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因为光速数值是测量出来的,严格的说是在确定了时间基准与长度基准后通过与这些基准比较后计算出来的。 主要是为了衔接旧时定义方案,因为本初子午线从赤道到北极点长度的千万分之一,大约就是光在真空中行进1/299792458秒的距离,
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希文耀6X
2020-07-21 · TA获得超过244个赞
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主要是为了衔接旧时定义方案,因为本初子午线从赤道到北极点长度的千万分之一,大约就是光在真空中行进1/299792458秒的距离,这样定义可以降低单位定义变动对社会带来的影响。
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