為什麼光速是299792458米每秒,而不取整3億米每秒?

太多的不該


光速是一個常數,如果按照人類對於米的定義和時間的定義,那麼光速的值是299792458米。假如宇宙只中還存在其它生命星球,他們也具有智慧,則他們可能和我們有不同的長度和時間定義。比如他們的一米可能是我們的0.999308193米,這樣一來,那麼他們測出來的光速剛好就是3億米每秒。所以,從這個例子中我們可以看出,光速具體數值的多少,和我們對於長度和時間的定義有關。但不論怎麼變,在同一個衡量標準下,光速的值是一個定值,不會隨著位置或者其它因素的改變而改變。


我們的祖先在定義長度單位的時候,並不知道光速是不變的,也不知道光速是多少。直到邁克爾遜-莫雷實驗時,科學家們才猛然意識到光速可能是個定值。而愛因斯坦正是憑藉著其極高的物理敏感性,提出來光速不變原理,由此得出來現代物理學兩大支柱之一的相對論。之後,科學家們經過精確測定,測得了光速的值。說巧不巧的是,實驗測得的光速值竟然可麥克斯韋方程組求出的電磁波的真空速度值一模一樣!於是,科學家們意識到,光子也可能是一種電磁波,而後來的波粒二象性實驗,也確實證明了光子具有像電磁波一樣的波動性,所以其電磁波屬性被證實。

至於說光速為何是定值,這個問題到目前為止都沒有人能夠回答,愛因斯坦回答不了,我們更回答不了。如果非要給一個牽強的解釋,那就是光屬於電磁波,而電磁波服從麥克斯韋方程組,那麼解出來的光速就是299792458米/秒。現在也只能夠這麼解釋了,當然,隨著未來人們對於整個宇宙的認識加深,說不定人們可以從宇宙的起源開始,解釋光速為何是常數。


科學探秘頻道


這個世界上的一切都有其固有規律,光速就是一種自然規律。

世界由118種元素組成,以後可能還會發現新的元素,水是由氫氧原子組成,生命主要是由有機物組成,地球大約有了45億年的壽命,圍著太陽轉一圈約365.25天等等,都是有定數的,這就是自然規律,你一定要問自然規律為什麼是這樣呀,那誰知道呢?

人類只能認識規律,無法創造規律。這是唯物主義和唯心主義的根本區別。那些隨意亂想,胡亂就想象創造一個偉大理論的民科,就無視規律,把幾百年的科學發現肆意踐踏,認為自己的臆想才是世界的真理。

有人甚至認為思想意識超光速,想到100億光年就到了100億光年。還認為自己已經是“超人類”,至少是爬上了井沿的蛤蟆,那些堅持科學精神和科學方法的人都是井底之蛙,老拿人類的視角看問題,他們實在很是“超前”,都超前到不在人裡面算賬了。

光速每秒約30萬公里是許多人類精英和先驅經過百年測算得到的,準確的光速是299792458 m/s,也就是約30萬公里。

這麼精確的光速是科學家經過幾百年孜孜不倦的追求和實驗得到的。早在1638年,現代科學的鼻祖伽利略就進行了世界上第一個測定光速的實驗。

那時候沒有什麼精密儀器,他用的是土辦法。讓兩個人站在相隔1英里(1.609344公里)兩個山頂上,各拿一個燈籠,第一個人舉起燈籠同時開始計時,在另一個山頭上看到第一個人燈籠第二人便立即舉起自己的燈籠,第一個人看到第二人的燈籠後立即停止計時,這樣就得到二零光傳輸兩英里的時間,從而求出光的速度。

可想而知,這種簡陋的實驗以及短距離和人類動作的誤差,是不可能得到什麼結果的。我們現在可以輕易的計算出光速走2英里的時間為11微秒,也就是10萬分之1.1秒,人眼怎麼能夠反應出來呢?

儘管如此,伽利略為測量光速開闢了先河,作為一個著名人士,引起了社會廣泛關注。

其後,丹麥天文學家奧勒·羅默通過觀測木星和木衛一的“行星掩星”現象(這個現象也是伽利略發現的),並與太陽與地球位置變化關係結合起來,經過十幾年持續不懈的觀測計算,得到了人類歷史上第一個科學測定的光速數據,推斷出光速大約為220000千米/秒。

雖然這個數據與光速精確的數據相去甚遠,但科學界認為他的觀測是非常科學的,只是當時數學計算水平的不足,才導致這樣的誤差。現在科學家們用他的方法得到的觀測結果重新計算校正後,得到的光速數值是298000千米/秒,已經與現代精確光速數值非常接近了。

羅默之後,光速測量很久沒人嘗試,沉寂了近兩百年。1849年,法國物理學家阿曼達·斐索又開始了新的嘗試,終於首次在地球上測量出了光速的近似值,得到了315000千米/秒的數值。它採用的設施是光源、旋轉的遮板和固定在8公里距離的反光鏡,方法和伽利略差不多,通過720個齒輪遮板旋轉遮光,反射光回來的次數疊加計算。但由於遮板齒輪有一定寬度,影響了精確度。

1862年,法國物理學家萊昂·傅科在斐索實驗的基礎上進行了改良,將旋轉遮板換成了旋轉的平面鏡,這樣遠方的光在折返回來後搭載旋轉鏡面上,這樣只要知道平面鏡的轉速,經過計算就能得到光速的值了。這次實驗刷新了歷史,光速值精確到了298000千米/秒。

1926年,美國人邁爾克遜用傅科同樣方法,只是將反射鏡間距提高到了35公里,測得光速為299796千米/秒。這已經是人類用原始方法測得的最精確光速了,人們發現,如果只靠人類原始光學方法,就不能得到更精確的數據了。

因此人們開始尋找更科學的方法。人們的視線開始從天空、原野巨大的空間測量方法轉回到實驗室裡,在微小的電路板等光電器械中尋求更精確的數據。

終於,1972年,美國科學家們利用激光干涉法測量出了最精確的光速,得到了光速為299792456米/秒,但卻有一個1.1米的正負誤差。

這是將1束頻率已知的激光分成兩半,行走不同的路徑,之後再被匯合,科學家們在觀察干涉圖樣的同時調整路徑的長度,就可以計算出精確的波長,從而得到光速。

從理論上講,這樣測得的速度是不存在誤差的,因此是最精確的。唯一不確定的是人們對長度單位“米”的定義細微的誤差,因此這個正負誤差1.1米的問題錯不在光速,而是“米”。

為了解決“米”的誤差問題,1983年在第17屆國際度量衡大會上,人們重新定義了“米”。

將“米”定義為“光在真空環境下1/299792458秒內通過的長度”,這樣一箭雙鵰的解決了長度的精確性和光速的精確性,長達300多年的光速測量畫上了圓滿的句號。

如果你一定要把光速定為3億米1秒也無不可,把“米”的尺度縮短就是了,那只是人類主觀的一種尺度,光速還在那裡,是不變的。

所以光速就是這麼得來的,它是自然界不以人意志為轉移的客觀存在,我們只能發現和利用它,不能創造和改變它。

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為什麼光速是299792458米每秒,而不取整3億米每秒?

很多人可能會很奇怪為什麼光速是299792458米/秒,就不能是一個整數嗎?這不是要逼死強迫症患者的節奏?其實要了解這個問題我們從幾個方面來討論!

一、首先多久是一秒?

二、其次多長是一米?

三、為何光速是一個有限值?

不要認為這些都是自古以來的哦,你熟悉的度量衡中沒有一個是天然就存在的而且亙古不變的,所以當然文明社會的車輪滾滾向前的時候,突然思考起當年制定1M的時代,是不是有些不可思議?因為這些使用已久的單位長度已經深入了我們的骨髓!

上圖是國際米原器示意圖,是根據從赤道到北極點距離的千萬分之一制定的,但這個距離的精度是比較差的,隨著科學技術的進步,對米的精度要求越來越高,因此聯合國度量衡組織將米重新定義為“1/299792458秒”為米的長度!抱歉,這米的長度還沒解決,又跑出來一個秒的概念哈!

二、多久是1秒?

咱就不多廢話了,畢竟這個秒差不多就是一天的1/86400是吧,但其實一天的時間也是會變的,隨著地球地球自轉速度的變慢,這個速度精度也會慢慢漂移,所以也是一個受到科學應用限制而精度急需修正的度量衡!

秒的定義則為“銫—133原子在其基態兩個超精細能級間躍遷時輻射的9192631770個週期所持續的時間為一秒”,可能這中間說得非常拗口,但原子鐘的原理基本可以解釋為:核外電子在不能電子層之間的躍遷是會吸收和釋放能量,而這些能量的並不連續,因此它會有一個“共振頻率”,而銫原子的共振頻率為“9192631770Hz”,我們將這個共振平率作為1S的定義!一般天文臺的授時中心原子鐘精度為30萬年誤差不超過1S,而在美國科羅拉多州博爾德的國家標準和技術研究所(NIST)的單鍶離子鍾NIST F-1的精度為2000萬年誤差不超過1S!

三、光速為什麼是個有限值?

可能誰都無法回答這個問題,可能我們這個宇宙就是這樣的吧,哈哈!當然我們確實也可以從頻率和波長上推測出光速,因為波長就是一個週期內的距離,那麼測算出頻率以後,波長×頻率=光速!似乎非常自然,但問題是光為什麼會是怎樣?但事實上,如果光速是無限的話,那波長無限長我們就看不到可見光了,或者頻率無限高的話就成伽馬射線了,如果集中在某一個頻率的話,那就沒啥波段了,所以還是有光速比較好哈!

因此只要光速是一個有限值這個大前提不變,下面是多少米/秒,就是自己劃定的圈圈自個玩啦,高興就畫的大一點,不高興畫得小一點!但最大的問題是當大家都熟悉後習慣在這個圈圈裡玩了就不方便改大改小了,否則動到的周邊可就多了!比如你手裡的捲尺就得丟了重新買把新的!


星辰大海路上的種花家


為什麼?當然是為了精確度!

在一般的教科書上,光速通常採用的數值是299792458 m/s,這是一個精確值。為了交流方便,我們通常都說光速是3億m/s或者30萬km/s,這只是一個粗略的近似值,是四捨五入後的結果。在實際的計算中,採用這麼粗略的近似值,會產生很大的誤差。

上過九年義務教育的可能都知道,圓周率是一個無限不循環小數,我們無法也不可能全部計算出來。為了使用方便,我們手工計算的時候只保留到小數點後兩位,即3.14。現在採用計算機要方便很多,但是在一些需要高精度計算的工程項目中,圓周率也只保留到小數點後10位,就可以滿足所需要的精度要求。

說到光速就不得不說米的定義了。1米的長度最初定義為通過巴黎的子午線從地球赤道到北極點的距離的千萬分之一,並確定了國際米原器 ,後來還幾經修改。

要想精確測量光速比較困難,直到近代人們用了各種方法幾經週轉才測得了非常精確的數值。不過此時光速的數值再怎麼精確也是一個近似值,畢竟是人類測量出來的,必然存在一定誤差。

後來愛因斯坦提出了光速不變原理,其正確性得到公認後,1983年的國際計量大會重新將米的長度定義為“光在真空中於1/299 792 458秒內行進的距離”,於是光速就變成了一個精確值。也就是說我們通過修改米的定義,使光速從測量而來的近似值變成了一個精確值,同時也為米的長度提供了一個精確的定義。

激光的出現,更是使遠距離高精度測量成為可能。月球到地球的距離使用激光測量,誤差可以小於1米。在日常生活中,一般用不了那麼高的精度,使用普通的米尺就可以了。

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科學探索菌



在人類的長度單位中米是最常用的一個,最初的一米就是從赤道到北極點距離的千萬分之一,後來還根據這個標準制作了一根棍子稱為“國際米原器”,然而隨著科學技術水平的進步國際米原器的精度也開始被詬病,基於這個原因聯合國度量組織在1983年將米重新定義為了“光在真空中299792458分之一秒的飛行距離”

而秒的定義則是“銫—133原子在其基態兩個超精細能級間躍遷時輻射的9192631770個週期所持續的時間”


由此可見不論是米還是秒都是人類自己定義出來的標準,而光速就是靠這些標準來測量和表述的,在人類的時間單位和長度單位的參與中,光速是299792458m/s,但外星人的時間單位和長度單位標準肯定和我們人類不一樣,因此他們的光速和我們的光速在數值上也肯定不一樣,但不論採用何種標準光速都是一個定值,只不過因為各個文明的標準不同而造成了表述不同而已。

如果我們人類想要將從299792458m/s變成300000000m/s的話,最簡單的辦法就是把一米重新定義為0.999308193,用這個數字取代原來的1米來計算光速的話就能得到一個整數光速值,但我們都知道這不過是換了個馬甲而已,一點意義都沒有。


宇宙中有著各種各樣的定值,除了真空光速外核聚變0.7%的質能轉化率也是一個定值,這些定值是永遠都不會變的,但各個文明會用自己的標準去描述這些定值。


宇宙探索未解之迷


其實我一直也同樣好奇這個數據如此奇葩,直到我看到一個科幻視頻,讓我有了新的想法。

這個科幻視頻講述了一個外星文明的宇宙數學規律。這個文明受到附近一個黑洞影響了時空,使得我們的勾股定理a²+b²=c²在他們那裡,這個2竟然是一個2.xxxxxxxx的無限數字。所以當他們製造的飛船飛到我們這邊的時空時竟然解體了。最後說了一個細思極恐的猜想,我們這邊的數字,如圓周率,光速常數,是不是也是被我們所不知道的什麼影響著,才會以這樣的無限形式存在。

我的想法是,既然光速在水中就下降了,在玻璃中又下降了,說明密度越大,光速越低。那我們的真空不是真正的空,而是有一定濃度的。要麼是濃度極低的塵埃,或者說是暗物質。所以光速常數就是3億米每秒,受到密度影響才變成這樣。離3這個數字的差值就可以計算暗物質的密度。有人會算嗎?






隔壁老王的喵


同學們,這個問題很簡單,先有尺子,後有速度。必須是先有長度單位,然後才能夠定義速度!因為我們人類定義“米”這個計量單位的時候,光速還沒有被定義,那個時候之前,光被認為是一種無限速度的現象,光的傳播太快了,當時沒有合適的測量手段的緣故。

米、千克、秒這三種單位都是測量物質世界的基本單位,也是目前國際上通用的基本單位制,這三種基本單位都是人為設定的,如果沒有嚴格的定義,公說公有理,婆說婆有理,這個世界就要亂套。


1672年,丹麥的科學家羅默供職於法國巴黎天文臺,通過觀察木衛一,得出光線應該是有著一定速度傳播的(過程非常複雜,需要大量的圖示和公式,這裡就不表述了),得出光速大概是22萬公里/秒,只是測量數據有誤,一直無法準確定義。


“米”的定義起源於法國。1米的長度最初定義為通過巴黎的子午線上從地球赤道到北極點的距離的千萬分之一,並與隨後確定了國際米原器。1791年,該方案獲法國國會批准。1799年12月10日法國通過公制系統,開始正式使用米制。隨著人們對度量衡學的認識加深,米的長度的定義幾經修改。


(米,Metre,就是這麼一根鉑金條,世界上所有的公制尺子,都是根據它測量的!牛叉不?不過,經過一百多年的時間,這個尺子也不準了……)

(光速測定原理圖-旋轉稜鏡法)
光的傳播速度太快了,直接測量非常麻煩,只能夠去種求直。到了1849年,Armand Fizeau 阿曼達·斐索才通過旋轉齒輪機構,將一束光通過齒輪機構上的小孔發出去,再反射回來的時間,恰好通過另一個小孔,根據鏡子的距離和齒輪轉速,就可以得到光的傳播速度,這是人類歷史上首次精確測定光在空氣中的傳播速度。


目前光速採用299792458米每秒,是經過精確測量得到的,而不是人類臆想的,看起來很費勁,但這就是真相。


所以,同學們一定要搞清楚,拿著尺子、秒錶才能夠丈量速度,而不是反過來。


諸葛小村姑愛科學


實際上光速的數值具體是多少並不重要,或者說如果願意的話,我們完全可以將光速定義為每秒3億米,而這樣的話,我們現在一米的長度就得縮短一些。

但如此一來,其它物體的長度數值就得更改了,比如原本這個人高一米八,現在就變成了一米八幾,雖然數值變了,但實際尺寸是不變,該多高還是多高。由此而來就引出了一個重點:為什麼光速是這個速度(為了避免用數值去表示速度,我們就說為什麼光一秒能跑這麼遠)?

這個問題現在是無解的,同樣無解的還有光速為什麼恆定(真空中的光速在任意參考系下不變)。

雖然無法解釋,但從現有的物理結論出發,現在的光速正是保證宇宙現有面貌的基礎。以精細結構常數來說,它代表的是電磁相互作用的強度

很顯然這個常數代表著物質世界的組成,畢竟宏觀來講,物體之間除了引力還存在電磁力,如果電磁相互作用的強度發生改變,那會發生什麼呢?

當光速變大或者減小時,精細結構常數就會相應的減小或變大,從而導致物體內部的原子分子面臨解體的處境,如此一來生命就將全部消失。

按照目前來看,如果把宇宙比作一場遊戲,我們是遊戲中的角色,那麼光速就是這場遊戲的規則之一,遊戲角色怎麼會知道這些規則的來源呢?

期待您的點評和關注哦!


賽先生科普


3億米雖然和299792458米差不多,但是光速不僅僅是一個速度常數,由於在人類理論科學體系之下需要參與某些運算,還用於規定國際長度單位,並不能隨意取某個近似值。

光速的數值到底是多少曾經是科學家們好奇的話題,他們一些巧妙測量手段的提出,相當精確地測量了光速,隨著測量手段的改變數值越來越精確,但基本都在299792458米每秒左右。現代由於相對論的時空觀出現之後,光速更是成為了一種定義,它的計算值為(299792500±100)米/秒。現有不少科學理論都要用到光速,日常生活中通用的長度單位標準的統一也要用光速作為測量依據,1983年10月21日起被定義為光在1/299792458秒內傳播的距離。光速已經不僅僅是個數值了,自然越精確越有利於人類的推算和測量以及單位的統一。

光速這個數值是基於人類測量和人類理論科學發展確定下來的,並不是隨便一個約數就可以,儘管日常生活中我們可以說光速接近299792458米,你可以說它約等於299792460米,也可以說它接近299800000米,當然也可以說越等於30萬公里每秒,這都沒什麼問題。可當參與計算的時候,由於人主觀性比較強,誰都隨便取個約數,那相同的公式得出的結果也可能千差萬別,這種情況下光速就必須是一個較為具體的、統一的值,需要用最精確的測量數據來規定。

現在已經是這個樣子了,所以光速的數值就沿用下來了,越是精確的計算中越是這樣,反而在進行較為初級的科學知識的學習的時候,反而經常取近似值,方便計算。


來看世界呀


光速是恆定的,其速度特定值取決於米的長度標準和一秒的標準。如果米的標準長一些,光速就會小一些;如果秒的標準長一些,光速就會大一些,儘管光速還是一樣快。從這個角度看,光速的描述就是比率,是真實光速與相當任意速度定義(一米每秒)之比。總而言之,光速作為一個宇宙常數,數值大小與基礎物理無關,它完全是人類的習慣。

早期人類沿著時空中的小角度運動,無法看到最高速度,所以一開始光速的數值大小取決於空間和時間的基本單位定義。

科學家選擇了太陽日的1/24/3600作為時間單位,因為60和12在大量隨機的數學慣例混亂歷史中相當受歡迎,一秒定義為一個太陽日的1/86400,這樣一天可以被劃分為24小時,每個小時包含60分鐘/60秒。至於長度,科學家選擇了子午線周長的1/40000000作為1米,所以地球的周長是40000公里。然後,一米又被改成了儲存在歐洲某處的銥棒長度。

在那些早期隨機選擇的距離和時間單位中,隨著測量數據變得足夠精確,光速可以寫成299792458米/秒。

但是地球的大小和自轉速度在一段時間內還相對穩定,但它們並不是很規則或準確,所以科學家最終轉向了原子發出的某些電磁波的波長和週期,光譜學仍是測量時間和距離最精確的方法。隨著測量結果越來越精準,科學家決定用銫133原子基態能階躍遷過程中發出的特定電磁波的週期來定義秒,然後以光速並以此來定義米,1米被定義為光速的1/299792458。

根據兩種不同電磁波的精度範圍定義的米和秒的基本單位與之前的定義是一致的,雖然299792458是一個不方便的數字,但這樣做的好處是——根據現在的定義,光速是確定的;在其他方面,方便專業人士與普通人交流,長度測量單位不需要進行再次改變。


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