@ 2016.11.30 , 14:00
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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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TOTAL COMMENTS: 30+1

  1. ziseyinzi
    @10 months ago
    3336505

    那么科学家如何测量米呢

    [9] XX [17] 回复 [0]
  2. 艾米莉
    @10 months ago
    3336512

    那你科学家吃不吃米呢?

    [30] XX [6] 回复 [0]
  3. 3336515

    三体里面有改变光速的说法,那么如果光速可以用某种方法篡改的话,那么米的长度是不是也跟着变了?

    [4] XX [47] 回复 [0]
  4. 图样图森破
    @10 months ago
    3336518

    秒的最新定义: 铪元素的 9192631 770 次振荡用时为一秒

    [49] XX [3] 回复 [0]
  5. 3336520

    啊,原来是这样,一直以为这个数不是个整,就是因为是某种方法测量出来的呢。
    但是还是没说明白啊,有没有更详细的版本

  6. 1bhyd555
    @10 months ago
    3336524

    上台拿衣服

  7. 3336525

    @ziseyinzi: 这个吧,米也是我们定义出来的,所以啥都是我们科学家说了算…

    [15] XX [1] 回复 [0]
  8. 懒熊toby
    @10 months ago
    3336526

    吃多少米算一米

  9. 3336532

    科学家重新定义了“米”,罗永浩重新定义。。。

  10. 3336533

    @艾米莉: 哈哈 我们根本不吃?

  11. Doubledong
    @10 months ago
    3336534

    意思是用测量出来的不准的光速数值重新定义了米?

  12. 烧了个饼
    @10 months ago
    3336537

    另外,米的出现非常早,比测出光速要早得多,只是后来为了更精确,改为用光速定义米的长度而已
    如果没测定过光速,后面那么多理论根本不会出现(相对论就是因为无法解释光速测速不变的现象而想出来的解释)

  13. 3336549

    更方(便)面的数字

  14. 烧了个饼
    @10 months ago
    3336555

    @烧了个饼:

    = = 发现自己的评论经常被吞啊
    前一条评论是:

    光速是可以测量的,
    例如干涉法:一束已知频率(f)的相干光(如激光)在被分开行走不同路径后重新结合起来。在调整路径长度的同时观察干涉图样,又对路径长度作非常准确的测量,就可以得出波长(λ)。计算光速的公式:c = λf

    这种方式只需要很小的空间,甚至一个小盒子,就可以测出光速了

  15. 3336559

    @烧了个饼: 比如微波炉和一块巧克力。

  16. 3336573

    不错。。。1_2*9&9&792458 将成为我新的密码。SB JANDAN以为我发的是QQ号或电话号码。

  17. 3336596

    蛤膜法元素重新定义1S

  18. xiaodunan
    @10 months ago
    3336601

    请问千里之外和怪罗科普有啥关系,一模一样的翻译

  19. martixingwei
    @10 months ago
    3336602

    @ID: 米的定义依赖于光速。所以测光速实际上是修正米定义的精度。

  20. 大西瓜
    @10 months ago
    3336603

    @烧了个饼: 问题是 波长测量的单位就是用光速定义的啊

  21. 3336610

    来人,检查一下这些科学家,谢谢

  22. 食品级怪蜀黍
    @10 months ago
    3336629

    中学物理课本上好像是说用了个八棱镜就测出来了

  23. 3336630

    为什么国际单位这么多年了,美国还要用英制,最近做美国项目简直烦死了,长度/流量/体积/管径/热量真想把美国灭了

    [30] XX [0] 回复 [0]
  24. iloveinet
    @10 months ago
    3336671

    不是说古埃及就实际上已经有米这个长度概念了吗?只不过是用另一些数据,如肘尺之类的隐藏的。

  25. 3336685

    这次要怪千里之外,没有把全文最关键的地方翻译对,导致楼上诸君没明白
    “一米”不是测量的,是拿恒定光速在恒定时间所走的恒定距离定义的,299 792458并不是人定的,原文解释了因为一米多长早就有了,那个数字是由一米去测光速得来的,现在反过来用光定义一米,之所以用这个数字而不是3000000,“是因为这个数字只对原本的“一米”作了很小的改变“,要是用3000000光速是方便了,一米可就变成原来的0.9993米了

    [12] XX [0] 回复 [0]
  26. 3336773

    @xiaodunan: 特地去看了下,翻译并不一样

    只是翻译了同源文章而已

  27. 3336787

    @Spector:其实这算得上是一个循环定义,我们最先定义了一米多长,然后做了个标准米尺,当然也定义了一秒是多长然后测量了光速,还有某个电子的震动频率,也做了一个标准钟。后来大家觉得标准的米尺,标准原子钟都会受外界影响,热胀冷缩外界震动什么的,然后科学家一拍脑袋,那么就用不会受外界影响的来定义吧。所以一米就变成了光一秒内行进距离的1/xxxxxx,一秒就变成了某个原子(大概是这样)振荡多少次的总时间。同理还有1KG是怎么定义的。实际最早怎么测光速是用的反射原理,搜一下就能找到

  28. 3336816

    高中物理就有,在两个山头用旋转镜子测量

  29. 3337115

    1111tretret56 jifnd jfdkfod nfkdsqnfe nfmkd[fsd fndw’l

  30. 雨纷飞
    @4 weeks ago
    3541729

    月球上有个阿波罗计划放的激光反射镜,可以这样测量光速:

    向月球发射一束激光,取返回延迟,乘以光速,即得地月距离。
    再向月球发射一束激光,取返回延迟,除以地月距离,即得光速。

    小朋友们,学会了吗?

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