为什么光速是299792458米每秒,而不取整3亿米每秒?
为什么光速是299792458米/每秒,而不是取整300000000米/每秒?
道理很简单,因为一米这把尺子和秒这个时间长短的确定。
是用一米这把尺子测量出光速是299792458米/每秒。
如果定义一米的长度刚好是光速的三亿分之一,那么光速就是3亿米/每秒了。
那么一米长度如何确定的呢?
1799年在法国,根据测量结果制成一根35毫米 25毫米短形截面的铂杆,以此杆两端之间的距离定为1米,这就是最早的米定义,以实际物体物理长度定义的米长度,这个铂杆的长度会随温度变化。
随着 科技 的发展,1960年第十一届国际计量大会对米的定义作了更改:米的长度等于氪-86原子的2P10和5d1能级之间跃迁的辐射在真空中波长的1650763.73倍,消除了物体热胀冷缩对米长度的影响,这是基于光谱波长定义的米的长度。
1983年10月在巴黎召开的第十七届国际计量大会上又通过了米的新定义:真空中光在1/299792458秒时间内行程的长度。
因此尺子的绝对长度不同,光速也会有不同的数值。
如果秒的定义不同,光速数值也会不同,因为:光速=光传输距离(单位米)/时间(单位秒)。
秒的定义也经过了演变。
第一次是1820年根据地球绕日公转确定的秒,称为平太阳秒,由于每年测量的平太阳秒都不一样、不准,所以1900年再测一次作为永远的标准。
第二次是1900年根据地球绕日公转确定的秒,也称为历书秒,即1900年的平太阳秒。
第三次是根据铯原子跃迁时辐射周期确定,是光谱确定的秒,仍称为原子秒。
原子秒是与历书秒等效,和1900年测的秒长短一样。
改变秒的计时长短,也可以使光速为3亿米/每秒。
这个世界上的一切都有其固有规律,光速就是一种自然规律。
世界由118种元素组成,以后可能还会发现新的元素,水是由氢氧原子组成,生命主要是由有机物组成,地球大约有了45亿年的寿命,围着太阳转一圈约365.25天等等,都是有定数的,这就是自然规律,你一定要问自然规律为什么是这样呀,那谁知道呢?
人类只能认识规律,无法创造规律。这是唯物主义和唯心主义的根本区别。那些随意乱想,胡乱就想象创造一个伟大理论的民科,就无视规律,把几百年的科学发现肆意践踏,认为自己的臆想才是世界的真理。
有人甚至认为思想意识超光速,想到100亿光年就到了100亿光年。还认为自己已经是“超人类”,至少是爬上了井沿的蛤蟆,那些坚持科学精神和科学方法的人都是井底之蛙,老拿人类的视角看问题,他们实在很是“超前”,都超前到不在人里面算账了。
光速每秒约30万公里是许多人类精英和先驱经过百年测算得到的,准确的光速是299792458 m/s,也就是约30万公里。
那时候没有什么精密仪器,他用的是土办法。让两个人站在相隔1英里(1.609344公里)两个山顶上,各拿一个灯笼,第一个人举起灯笼同时开始计时,在另一个山头上看到第一个人灯笼第二人便立即举起自己的灯笼,第一个人看到第二人的灯笼后立即停止计时,这样就得到二零光传输两英里的时间,从而求出光的速度。
可想而知,这种简陋的实验以及短距离和人类动作的误差,是不可能得到什么结果的。我们现在可以轻易的计算出光速走2英里的时间为11微秒,也就是10万分之1.1秒,人眼怎么能够反应出来呢?
尽管如此,伽利略为测量光速开辟了先河,作为一个著名人士,引起了 社会 广泛关注。
其后,丹麦天文学家奥勒·罗默通过观测木星和木卫一的“行星掩星”现象(这个现象也是伽利略发现的),并与太阳与地球位置变化关系结合起来, 经过十几年持续不懈的观测计算,得到了人类 历史 上第一个科学测定的光速数据,推断出光速大约为220000千米/秒。
虽然这个数据与光速精确的数据相去甚远,但科学界认为他的观测是非常科学的,只是当时数学计算水平的不足,才导致这样的误差。现在科学家们用他的方法得到的观测结果重新计算校正后,得到的光速数值是298000千米/秒,已经与现代精确光速数值非常接近了。
罗默之后,光速测量很久没人尝试,沉寂了近两百年。1849年,法国物理学家阿曼达·斐索又开始了新的尝试,终于首次在地球上测量出了光速的近似值,得到了315000千米/秒的数值。 它采用的设施是光源、旋转的遮板和固定在8公里距离的反光镜,方法和伽利略差不多,通过720个齿轮遮板旋转遮光,反射光回来的次数叠加计算。但由于遮板齿轮有一定宽度,影响了精确度。
1862年,法国物理学家莱昂·傅科在斐索实验的基础上进行了改良,将旋转遮板换成了旋转的平面镜,这样远方的光在折返回来后搭载旋转镜面上,这样只要知道平面镜的转速,经过计算就能得到光速的值了。这次实验刷新了 历史 ,光速值精确到了298000千米/秒。
1926年,美国人迈尔克逊用傅科同样方法,只是将反射镜间距提高到了35公里,测得光速为299796千米/秒。这已经是人类用原始方法测得的最精确光速了,人们发现,如果只靠人类原始光学方法,就不能得到更精确的数据了。
终于,1972年,美国科学家们利用激光干涉法测量出了最精确的光速,得到了光速为299792456米/秒,但却有一个1.1米的正负误差。
这是将1束频率已知的激光分成两半,行走不同的路径,之后再被汇合,科学家们在观察干涉图样的同时调整路径的长度,就可以计算出精确的波长,从而得到光速。
从理论上讲,这样测得的速度是不存在误差的,因此是最精确的。唯一不确定的是人们对长度单位“米”的定义细微的误差,因此这个正负误差1.1米的问题错不在光速,而是“米”。
将“米”定义为“光在真空环境下1/299792458秒内通过的长度”,这样一箭双雕的解决了长度的精确性和光速的精确性,长达300多年的光速测量画上了圆满的句号。
如果你一定要把光速定为3亿米1秒也无不可,把“米”的尺度缩短就是了,那只是人类主观的一种尺度,光速还在那里,是不变的。
光速为什么恰好是每秒29万多公里?这个问题问的,既有意义,又没有意义。其意义在于,可以促使我们探究光速的成因;然而,认为其无聊,则是因为我们可以对所有的物体提出同样的发问。
比如,你为什么有如此的相貌、身高和体重?地球 与太阳 的距离为何恰好使地球上的表面温度适宜生物的生存?
如果地球再重一些,会影响我们的行走;然而,其如若再轻一点,就会失去大气层。由此造成的后果是非常严重的,不仅会使我们失去氧气,而且也会因此造成昼夜温差的巨大变化,使人类难以存活。
之所以单独地将光速挑出来,发问其为何具有每秒近30万公里的数值,是因为我们把光速c当作一个绝对不变的物理常数;是因为光速非常神秘,其具有相对于空间和能量的不变性;是因为光速是宇宙中最快的速度;是因为我们对光速缺乏必要的了解与认识。
由于我们的宇宙是由不可再分的最小粒子构成的,即宇宙是由普朗克常数h定义的量子构成的;所以,离散的量子构成了物理背景即量子空间,受到激发的量子成为光子属于能量的范畴,由高能量子组成的封闭体系就是各种基本粒子属于物质的范畴。
因此,包括光子在内的所有物体,它们的运动都会受到量子空间的影响与束缚。每一个物体的外在能量,都具有两种不同的形式。其一是相对于自身的动能,其二是相对于空间的势能。前者用速度来度量,后者则是用弛豫时间即频率的倒数来计算。
因此,光速之所以具有不变性,是因为光子的质量太小,以至于其动能远小于势能,从而使光子能量的变化主要是其势能的增减。光速只是光子维持其空间势能的速度。
此外,光速之所以最快,是因为光子的质量和半径最小,空间对光子的影响与束缚很小的缘故。光子只有在极高的速度下,才能够维持其相对于空间的势能。这就好比,只有在高速运动的情况下,人体才能够在水上滑行,从事赤脚 划水运动。
而物质则由于其是由光子组成的封闭体系,所有的物质在其达到光速之前,都会因空间量子的不对称碰撞 而解体。这就是为什么,任何物质都无法达到光速的原因。
然而,光速的不变性,只是相对于静态的宇宙而言的。如果宇宙是变化的,其正在不断地膨胀,由高密度转变为低密度;那么,光子受到空间的影响与束缚必然会发生改变,使光子维持其相对于空间势能的速度逐渐增大,直至其能量完全以动能的形式存在,回到了经典力学的情况。此时,空间效应可以忽略不计了。
从这个意义上来说,光速并不是物理常数,其仅只是度量空间密度的物理参量。于是,目前光速的大小,是因为宇宙演化的结果,光速的具体数值与宇宙的量子空间密度相对应。
总之,由于空间不空,存在着作为物理背景的量子空间;由于光子的质量太小,其能量主要是相对于空间的势能;因而,类似于不同介质中的光速是不一样的,真空中的光速大小只与量子空间的密度相关。
在此,各种介质与量子空间,并无本质的区别。它们都是由离散的粒子构成的物理背景,都会对其中的物体运动产生不同的影响与束缚。不同空间的区别,仅在于构成该空间的粒子不同。
所以,光速之所以是现有的数值,是因为宇宙膨胀的结果,其取决于宇宙内部量子空间密度的大小。伴随着宇宙的膨胀,光速有一个由零逐渐地变大的过程。