@ 2016.11.30 , 14:00

Quora:科学家如何测量光速?

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哈哈哈,我们根本不那么做。

是的(严肃脸),我们根本不测量光速(通常指光在真空中传播的速度)。因为我们知道到底何为光速。

光速就是:c=299792458米/每秒。

这绝对100%准确,丝毫没有测量误差。要问原因么,因为光速的数值就是我们定义的。

我们先来定义秒(铯133原子的超精细能阶间跃迁辐射特定周期的持续时间),接着定义米的概念。所以我们需要测量的实际上是“米”。

我们用光速作为一个固定的速度,所以任何观察者都能以此来定义自己的长度范围。

光速的测量需要一个外部定义量,那就是“米”。但是在20世纪70年代,我们并没有这样的定义。

如果你真的很想用这个外部量来定义光速,其实也不难:你只需要在某个时间点t=0的时候向镜子发射一束光脉冲,然后计算一下过了多久这束光回到了起点。这是雷达和声呐工作的确切原理(虽然它们是利用速度来测距离,但是工作方式却是如此。)

让我们来了解一点背景知识:

关于“米”最初的定义是在法国大革命之后,大概1799年。当时它被定义为赤道和北极距离的1/10000000。

1889年,正式用一根放置在巴黎地下室铂杆(国际米原器)的长度来定义“米”的数值。

我们用当时对“米”和“秒”的定义测量(使用镜子反射时间法或基于天文观测)出光速数值大约为299792458,这并不是一个整数,其中还包括测量误差。

最终我们意识到,用一个现有的东西来定义“米”的实在是让人有点纠结。因此,我们试图用一个谁都可以使用的方法来定义它,并不再引用一个“标准对象”。

所以呢,我们用光速来重新定义了“米”。

今天一米的正式定义为:光在真空中一秒时间内所传播距离的1/299792458。同时,秒的定义也来自铯元素。

因此,这也与上述光速的数值相符合。

我们之所以选择这一数字(而不是更方面的数字,例如300000000)是因为这个数字对“米”的定义有着极其微小的改变,但是却能让符合各方面的需求。

使用该定义的结果是任何对光速进行测量的尝试都是周期性的,从某种程度上来说你是用“米”来测量,而“米”的定义依靠光速。

所以现在你需要做的是,当你“测量”光速的时候(在真空中),实际上是“检测你测量机器的精确度”。

这篇文章最初发表于Quora

本文译自 mentalfloss,由译者 千里之外 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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