为什么光速是299792458米每秒,而不取整3亿米每秒?
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。