網絡上常常聽到這樣一種議論,光速每秒鐘傳輸299792458米是科學家故弄玄虛,這麼快速度怎麼測量的?用皮尺嗎?弄成這樣一堆複雜的數值是使人更容易相信。否則弄個整數也可以呀,這樣不是更好計算嗎?
那麼今天準确的光速數值是怎麼來的呢?下面我們就一起來回顧科學家們幾百年來是怎樣對光速準确數值孜孜以求。
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,圍着太陽轉一圈約365.25天等等,這些都是有定數的,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?
人類隻能認識規律,無法創造規律。這是唯物主義和唯心主義的根本區别。那些随意亂想,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,老用“人類的視角”看問題。他們這種标榜自己的“超前”,都超前到不在人裡面算賬了。
光速每秒約30萬公裡是許多人類精英和先驅經過百年測算得到的,準确的光速是299792458 m/s,也就是約30萬公裡。
這麼精确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,近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英裡(1.609344公裡)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,這樣就得到了光傳輸兩英裡的時間,從而求出光的速度。
可想而知,這種簡陋的實驗以及短距離對于世界上最快速度的光來說,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英裡的時間為11微秒,也就是10萬分之1.1秒,人眼怎麼能夠反應出來呢?
盡管如此,伽利略這種科學探索精神為測量光速開辟了先河,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·羅默成為世界上第一個用科學方法測量初光速的人。
他的方法是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),并與太陽與地球位置變化關系結合起來,經過十幾年持續不懈的觀測計算,得到了人類曆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。
1676年,他向法國科學院提交了他的報告。
雖然這個數據與光速精确的數據相去甚遠,但現代科學界認為他的觀測是非常科學的,隻是當時數學計算水平的不足,才導緻這樣的誤差。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,已經與現代精确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,終于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。它采用的設施是光源、旋轉的遮闆和固定在8公裡距離的反光鏡,方法和伽利略差不多,通過720個齒輪遮闆旋轉遮光,反射光回來的次數疊加計算。但由于遮闆齒輪有一定寬度,影響了精确度。
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,将旋轉遮闆換成了旋轉的平面鏡,這樣遠方的光在折返回來後落在旋轉鏡面上,這樣隻要知道平面鏡的轉速,經過計算就能得到光速的值了。這次實驗刷新了曆史,光速值精确到了298000千米/秒。
1926年,美國人邁爾克遜用傅科同樣方法,隻是将反射鏡間距提高到了35公裡,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确光速了,人們發現,如果隻靠人類原始光學方法,就不能得到更精确的數據了。
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,在微小的電路闆等光電儀器中尋求更精确的數據。
終于,1972年,美國科學家們利用激光幹涉法測量出了最精确的光速,得到了光速為299792456米/秒,但卻有一個1.1米的正負誤差。
這是将1束頻率已知的激光分成兩半,行走不同的路徑,之後再被彙合,科學家們在觀察幹涉圖樣的同時調整路徑的長度,就可以計算出精确的波長,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,因此是最精确的。唯一不确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”。
将“米”定義為“光在真空環境下1/299792458秒内通過的長度”,這樣一箭雙雕的解決了“米”長度的精确性和光速的精确整數性,否則光速很可能後面還會有很多小數點。
到這裡,長達300多年的光速測量畫上了圓滿的句号。
從這些過程可以看出,光速是大自然規律,是不可改變的;而計量尺度是人類主觀定義的,是可以改變的。因此,如果你一定要把光速定義為一個整數也可以,隻是把“米”的尺度進行調整就行了。
但不管怎麼調整這個讀數,光就是那麼快,是不變的。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,我們隻能發現和利用它,不能創造和改變它。
從光速的測量過程,我們可以看到科學界為追求宇宙真理孜孜不倦前赴後繼的精神,人類通過對自然規律的不斷認識和利用,才有了我們今天的幸福生活,我們要相信科學,感恩科學。
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