為什麼光速是30萬千米/秒,如何定義光速?

2020-12-12 醉心音樂

眾所周知,光速是指光波或電磁波真空或介質中的傳播速度。真空中的光速是目前所發現的自然界物體運動的最大速度。

一般來講,光速是30萬公裡/秒,按照定義值,光速是299792458m/s,光速的計算值為(299792500±100)米/秒。30萬公裡/秒這個數值並非測量值,而是定義值。要懂得兩者的區別!

自從137億年前的那一聲巨響,宇宙由一個緻密熾熱的奇點爆炸而成。自宇宙形成以來,光速就在那裡,不快不慢。而為了便於規範和計算,自古以來人們總會制定一些單位便於記錄,用來標記和描述宇宙中自有的這些事物。什麼是米,什麼是秒,只有確定了這個問題,才得出來光速是多少。

國際上統一的長度單位「米」於1790年由法國科學家提出,以通過巴黎的地球子午線全長的四千萬分之一作為長度單位,取古希臘文「metron」為單位,中文譯作「米」。隨後1792~1799年,天文學家製作了米原器,以其長度作為1米。

秒的定義在現行的國際單位制下於1967年正式出現,第13屆國際度量衡大會對秒的定義是銫133原子基態的兩個超精細能階之間躍遷時所輻射的電磁波的周期的9,192,631,770倍的時間。其中銫原子必須在絕對零度時是靜止的,而且所在的環境是零磁場。

有了這兩個單位的定義,才有光速在目前的單位制體系中的30萬千米每秒。當然了,真空中光速定義值是299792458m/s,一般計算不求精度是取30萬千米每秒。這裡還要再次強調一下,真空中光速的值並不是一個測定值,而是人類自己定義的。

那麼問題來了,光速是如何定義的?

光速的測算曆經了多次的頭腦風暴。17世紀伽利略在相距較遠的山頭用燈光傳遞信號嘗試測算光速,到1676年丹麥天文學家奧勞斯·羅默利用木星衛星在木星圓面投影的周期變化來估算光速。

之後詹姆斯·布雷德利觀測抵達地球的星光來計算光速,以及日後科學家在實驗室中通過實驗來計算,直到1983年,第十七屆國際計量大會上將真空中光速定為精確值。而也正因為這個約定的精確值,其與當時米的定義和秒的定義一致,因此國際上又精確定義了米的長度,即為真空中光1/299792458秒內通過的距離。

到今天為止,我們對光速到底認識了嗎?還不能這麼說,有沒有超光速運動,相對論又做怎樣改變?還有待探索。

相關焦點

  • 光速為什麼被限制為30萬公裡/秒,而不是10萬或100萬,或無限?
    但後來的一系列實驗表明,光速並非無限,只是非常快。通過測量可知,光速為30萬公裡/秒。自愛因斯坦創立相對論之後,人們認識到,雖然光速不是無限快,但這個速度卻是宇宙中最快的速度,任何物體和信息的傳播速度都不能超過光速。那麼,光速為什麼會被限制為30萬公裡/秒,而不是10萬公裡/秒或者100萬公裡/秒?
  • 為何光速是30萬公裡每秒?是什麼限制了光速?
    大家都知道,光線是現在宇宙所有物質中,在真空中傳播速度最快的(排除量子糾纏和宇宙膨脹現象,因為它們都不能傳遞信息),這個速度值為299792458米每秒,為了便於記憶和計算的方便,人們通常將光速近似看作30萬公裡每秒。
  • 光速為什麼是299792458m/s,而不是30萬公裡每秒?有什麼奧秘嗎?
    真空中的光速是測量值,只要是測量值就會存在誤差,永遠不會有準確的值出現。但是人類又想通過光速去定義其他尺寸單位,因此就把光速定義為物理常數:299792458m/s。這個光速定義值和光速的計算測量值之間誤差很小,而人類直接就把光速定義成常數,光速的實際計算測量值為299792500±100米/秒。
  • 光速正好是30萬公裡每秒,是巧合還是設計出來的?
    在現代物理學上,目前定義的光的速度是299792458米/每秒,每秒30萬公裡是一個便於我們使用的近似值
  • 光速是怎樣測算出來的,為什麼光速不能被超越?
    眾所周知,真空中的光速是目前所發現的自然界物體運動的最大速度(我們的討論範圍不包括量子力學)。光速在真空中傳播每秒鐘約30萬公裡(299792.458km/s),太陽光以光速傳送到地球需要大約8分鐘的時間。阿爾伯特·愛因斯坦在他的相對論裡提出光速是不可以超越的,那麼為什麼光速不能被超越呢?
  • 是誰把光速限定在每秒30萬公裡這個框框內的,今後還有變化嗎?
    網絡上常常出現一些這樣的問題,為什麼光速是一個整數呢?是什麼人把光速限定在這樣一個範圍呢?諸如此類的問題時空通訊過去多有闡述,但還有不少人有這些疑惑。最近就有位網友提出:光速為何被限定為30萬公裡每秒?好像光速是人為確定下來的,要它多快就是多快似的。
  • 光速如此之快是如何測量的?追溯幾百年來科學家測量光速的艱辛歷程!
    因為光速每秒約30萬千米,1英裡才約1600米,光速傳輸只需要18.75萬分之一秒,人眼和動作完全無法做到這樣靈敏的反應。但他們和社會也有收穫,那就是知道了光速比想像中的快多了。伽利略說,即便光速是有限的,也一定快到不可思議。
  • 宇宙中有比30萬千米每秒的光速更快的速度,那就是宇宙的膨脹速度
    比如,我們在高速公路上開汽車,通常會有一個速度的限制,那就是120千米每小時,也就是差不多33.3米每秒的速度,如果快於這個速度,就超速了。宇宙中比光速還要快的速度不過,在太空探索中,我們普通汽車的速度就太慢了,如果我們發射人造衛星,就需要克服地球的引力,那麼就要達到第一宇宙速度以上,也就是7.9千米每秒。如果我們要飛出地球,完全擺脫地球的引力,那麼就需要達到第二宇宙速度,也就是11.2千米每秒以上。
  • 宇宙中有比30萬千米每秒的光速更快的速度,那就是宇宙的膨脹速度
    宇宙中比光速還要快的速度不過,在太空探索中,我們普通汽車的速度就太慢了,如果我們發射人造衛星,就需要克服地球的引力,那麼就要達到第一宇宙速度以上,也就是7.9千米每秒。如果我們要飛出地球,完全擺脫地球的引力,那麼就需要達到第二宇宙速度,也就是11.2千米每秒以上。以此類推,如果要擺脫太陽系的引力,就需要達到第三宇宙速度,也就是16.7千米每秒。
  • 為什麼真空光速相對所有參考系速度不變?
    為什麼真空光速相對所有參考系速度不變?——因為真空光速不變是一個觀測事實。當時測得的光速值為312000千米/秒。這個數值與天文學家公認的光速值差距很小。菲索之後,有很多的物理學家參與到光速測量中來,比如傅科(做傅科擺證明地球自轉那位)、其中法國的科爾尼於1874年和1878年兩次測得的光速分別為2.985X10^8米/秒和3.004X10^8米/秒、1881年,英國詹姆斯和福布斯測得的數值為3.01382X10^8米/秒。
  • 科普:光速是如何測量的
    更重要的是這個結果的錯誤不在於方法的錯誤,只是源於羅麥對光跨越地球的時間的錯誤推測,現代用羅麥的方法經過各種校正後得出的結果是298000千米/秒,很接近於現代實驗室所測定的精確數值.8分13秒.這個數值較羅麥法測定的要精確一些.菜德雷測定值證明了羅麥有關光速有限性的說法.
  • 為什麼光速是宇宙最快速度?超光速會有什麼後果?
    光速非常快,以至於人類曾經認為光速快到無限。但通過木衛一星蝕的天文現象,人類首次確認光速是有限的。此後,隨著實驗精度的不斷提高,人類測出的光速也變得越來越精確,大小將近每秒30萬公裡。最終,人類乾脆把光速定義為299792458米/秒。
  • 閃電的速度是光速嗎?
    很多人認為「閃電的速度就是光速,就是30萬千米/秒」,而也有不少人表示不認同,並展開了激烈的爭論。那麼閃電到底有多快,它和光速是不是一回事呢?  這得從閃電的發生過程說起。在一次正常的閃電前,雲裡的電荷分布是這樣的:雲的上部以正電荷為主,中、下部以負電荷為主,底部有少量的正電荷。當正、負電荷的量達到一定的水平時,就會引起放電,這就是我們平常所見的閃電現象。
  • 光速每秒30萬公裡,這個數值是巧合嗎?
    光傳為宇宙中傳播速度最快的物質,現在已經深深地印在了人們的腦海中,我們通常說的光速在真空中的傳播速度為每秒30萬公裡,實質上是一個近似值,通過多年來的精密測量,光速的真實速度為299792458米每秒,之所以取30萬公裡,一方面是為了方便記憶,另外一方面是為了計算的簡捷。
  • 光速這麼快,是如何被人類測出來的?
    來源 | 百度我們已經得知光速大約是30萬千米每秒,而人的反應時間大概是240ms左右。來源 | 新浪後來,克裡斯蒂安·惠更斯利用這一數據加上對地球公轉直徑的估值,計算出光速大約為22萬千米每秒,這一數據約有26%的誤差。
  • 我們都在說「速度是相對的」,但為什麼光速是絕對的?
    換一種方式來表達,定義速度絕不能脫離參考系,否則就會失去物理意義;同時,世間萬物都可以當做參考系來定義某個物體的速度。這一頓悟使人類對速度的理解獲得了質的飛躍,人類藉此明白了宇宙中不存在絕對的靜止或運動,一切速度都是相對的。無論速度為0亦或是100米/秒,都只針對某些特定的參照物成立,換成別的參照物時就不一定成立了。如今我們把這套理論稱之為「相對性原理」。
  • 銀河系直徑20萬光年到底什麼意思?是以光速飛行20萬年嗎?
    首先說明一點,之前很長時間銀河系直徑一直被認為是10萬光年,不過去年我國的郭守敬望遠鏡發現了銀河系直徑遠不止10萬光年,達到了20萬光年!
  • 光速為什麼是宇宙最快速度?如果能超越光速,會發生什麼變化?
    光速為什麼是宇宙最快速度?如果能超越光速,會發生什麼變化?自從人類開始大力發展科學,就一直有一個充滿野心的夢想,那就是實現星際旅行,在一些科幻電影裡面做一點都有體現,但是想要真正的實現星際旅行,我們就要達到宇宙的最快速度,根據目前科學的定義,光速是目前宇宙當中的最快速度。達到了30萬公裡每秒,可是人類目前最快的速度也不過72萬公裡每小時,也就是深入太陽日冕層的帕克探測器。
  • 光速為何是30萬公裡每秒不是35萬?到底是什麼限制了光速?
    可以是35萬公裡每秒,但如果真的是35萬公裡每秒,你又會問為什麼不是40萬公裡每秒呢?除非光速是無限的,否則光速總得有一個數值吧?而如果光速真的是無限的,世界上的一切物質都不會出現,不會形成,宇宙中也沒有過去將來,也不會有因果關係。所有的只有現在,只有此時此刻!
  • 光速到底是精確值還是近似值
    但是,光速卻是一個例 外,如果你在某個地方看到光速寫的 是:299792.458千米義秒,那麼這個數值就 是一個百分之百的精確值。可能你會感到驚 訝,科學家們憑什麼說這個數值是百分之百的 精確值呢?不是說任何測量都不可避免產生誤差嗎?要理解這個事情啊,我不得不簡單說一下人類 對光速測量和認識的歷史。