為什麼光速是30萬千米/秒,如何定義光速?

2020-12-06 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:為什麼是偏30萬千米每秒?為什麼是速度的極限,不可超越?
    三十萬千米每秒,這個數字也並無特別之處,為什麼偏偏就是以它為極限了呢?在我們無法推翻這個結論的時候,愛因斯坦又用自己的相對論證明了諸多時空理論,因而我們現代物理學便接受了。其次,速度無限接近光速的時候,其質量也會無限增大,質量的無窮大本身就是無法達到的,再根據愛因斯坦的質能方程,質量無窮大並且以光速運動,那麼其能量也會變得無窮大。無窮大的能量這一條件又該如何滿足呢?光子不存在靜止質量,因此只有光子才能達到光速。
  • 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?
  • 光速為什麼是299782458米/秒?而不是300000000米/秒?答案很奇妙
    可以說,到頭來「一米」的定義其實是以一種武斷的方式定下來並得到承認的一個高精度數值。那麼,現在來說說「為什麼光速離300,000,000米/秒這麼近,可就是要逼死強迫症」圖解:光行差:由於光速有限,來自遠處的光會因望遠鏡的移動而產生視覺上位移。實際上這個接近300,000,000米/秒的數值真的只是一個巧合。
  • 為什麼光速是將近每秒30萬公裡,而不是其他數值?
    在人類建立的體系下,光在真空中的傳播速度將近每秒30萬公裡。至於為什麼光速是這個數值,而不是諸如每秒35萬公裡或者每秒15萬公裡,其原因與我們所生活的宇宙屬性有關。根據麥克斯韋的電磁場方程組可以推導出如下的真空光速(c)公式:上式中,ε0表示真空介電常數(或稱真空電容率),μ0表示真空磁導率。無論是真空介電常數,還是真空磁導率,它們都是恆定的常數,都與真空的屬性有關,它們決定了真空中的光速大小。
  • 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。
  • 光速每秒30萬千米,不相信也沒關係,可以用家裡的微波爐測一下
    光速為每秒30萬千米,準確的來說應該是299792458m/s,且相對於任何參考系而言都是恆定不變的。直到1972年,埃爾森通過測量甲烷雷射的波長和頻率,才得出了一個極為精確的光速數據,那就是299792.4km/s到299792.6km/s之間,在得知了準確的光速數據之後,人類對一些標準進行了重新定義。
  • 光速為299792458米/秒,假如將其拼湊到300000000米/秒有意義嗎?
    因此1983年10月,聯合國度量組織重新將米定義為光在1/299792458秒內走過的距離!二、將光速拼湊到30萬千米有意思嗎?假如我們將一米的長度重新定義為現代的米長度×299792458/300000000,那麼光速就會被完美的定義為30萬千米每秒!
  • 光速為299792458米/秒,假如將其拼湊到300000000米/秒有意義嗎?
    因此1983年10月,聯合國度量組織重新將米定義為光在1/299792458秒內走過的距離!二、將光速拼湊到30萬千米有意思嗎?假如我們將一米的長度重新定義為現代的米長度×299792458/300000000,那麼光速就會被完美的定義為30萬千米每秒!但光速並沒有改變,這只是我們自欺欺人的一個小把戲而已!
  • 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。
  • 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。那麼,有朋友不禁要問了,為什麼光速不是每秒35萬公裡、40萬公裡,只能是30萬公裡每秒,是什麼限制了光速呢?
  • 光速為何是30萬公裡每秒?到底是什麼限制了光速?
    因為無論光速是30萬還是35萬,都還是可以繼續問,為啥不是40萬公裡云云。此外,還有一個注意事項,公裡有多長也只是一個人為規定,如果換一種規定,光速的數字可能更大也可能更小,比如在歐美國家常用的英制單位,英裡。1英裡=1.6公裡左右,如果用英裡來表示光速那就連30萬都沒有了,大概只有 186,282英裡/秒。所以,核心問題不是光速有多快,而是為什麼它不是無限快?
  • 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
  • 為什麼說光速是人類的意志決定的?答案比你想的簡單
    稍微有點物理知識的人都會知道,光速在真空中傳播的速度,大約是每秒30萬千米。這可是宇宙中的最快速度。很多物理定律也都是在這個基礎上進行計算和發現的。如果在未來的某一天,科學家們發現了比光速還快的速度,那麼估計愛因斯坦的理論將會被徹底顛覆掉了,我們之前在書本上學的許多內容應該都要改寫了。
  • 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。
  • 光速每秒可達30萬公裡,它為什麼不會在半路上減速?
    速度為什麼不會衰減?光子是怎麼產生的?這個問題玻爾在建立他的半量子原子模型時就已經告訴大家了,電子在吸收能量後會躍遷到更高的能級,但在那個能級電子是不穩定的,會重新跌落到基態,它將釋放出吸收的能量,這個能量為:E=HV當然不只是電子釋放出光子,原子核被激發也可以釋放出光子,核聚變和核裂變已經正反物質湮滅都可以釋放出光子,但光子一旦產生它的速度就是30萬千米/秒(近似值)。
  • 光速大約30萬公裡/秒,這是怎麼測量出來的?
    這裡的計算對光速的測量也是適用的,只要我們知道光通過的距離,以及中間經過的時間,就能計算出光速。早在伽利略時代,偉大的伽利略就提出了通過測量光通過距離和時間來測量光速的原理,但是,遺憾的是,條件所限,他能採用的最長測量距離只有幾千米,
  • 為什麼光速是299792458米每秒?
    這對應於一個地球在軌道上繞著太陽運動和光速之間的一個比例。意味著光速是地球的軌道速度的9300倍,與現在的數值10100倍比較,相差較小。但是因為這種觀測是很困難的,所以後來被其他的方法取代。1849年,法國物理學家菲佐用旋轉齒輪法首次在地面實驗室中成功地進行了光速測量,最早的結果為c=315000千米/秒。
  • 光速為什麼無法被超越?
    其中關於不能超光速準確的描述如下:有靜止質量的物體永遠達不到光速,理論上只能無限接近於光速,光子由於沒有靜止質量可以為光速;例如現代的各種通信極限就是光速。我們知道光速約為30萬公裡每秒,為什麼我們無法超越這個速度呢,光速真的無法被超越嗎?
  • 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?
  • 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。