为什么光速越快折射率越大(光速每秒真空中传输299792458米的准确数值是怎么测量出来的)
网络上常常听到这样一种议论,光速每秒钟传输299792458米是科学家故弄玄虚,这么快速度怎么测量的?用皮尺吗?弄成这样一堆复杂的数值是使人更容易相信。否则弄个整数也可以呀,这样不是更好计算吗?
那么今天准确的光速数值是怎么来的呢?下面我们就一起来回顾科学家们几百年来是怎样对光速准确数值孜孜以求。
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,这些都是有定数的,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,老用“人类的视角”看问题。他们这种标榜自己的“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。
这么精确的光速是科学家经过几百年孜孜不倦的追求和实验得到的。早在1638年,近代科学的鼻祖伽利略就进行了世界上第一个测定光速的实验。
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,这样就得到了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对于世界上最快速度的光来说,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,伽利略这种科学探索精神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·罗默成为世界上第一个用科学方法测量初光速的人。
他的方法是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。
1676年,他向法国科学院提交了他的报告。
虽然这个数据与光速精确的数据相去甚远,但现代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。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落在旋转镜面上,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。
因此人们开始寻找更科学的方法。人们的视线开始从天空、原野巨大的空间测量方法转回到实验室里,在微小的电路板等光电仪器中寻求更精确的数据。
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”。
为了解决“米”的误差问题,1983年在第17届国际度量衡大会上,人们重新定义了“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“米”长度的精确性和光速的精确整数性,否则光速很可能后面还会有很多小数点。
到这里,长达300多年的光速测量画上了圆满的句号。
从这些过程可以看出,光速是大自然规律,是不可改变的;而计量尺度是人类主观定义的,是可以改变的。因此,如果你一定要把光速定义为一个整数也可以,只是把“米”的尺度进行调整就行了。
但不管怎么调整这个读数,光就是那么快,是不变的。光速就是这么得来的,它是自然界不以人意志为转移的客观存在,我们只能发现和利用它,不能创造和改变它。
从光速的测量过程,我们可以看到科学界为追求宇宙真理孜孜不倦前赴后继的精神,人类通过对自然规律的不断认识和利用,才有了我们今天的幸福生活,我们要相信科学,感恩科学。
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