光速和度量衡單位,誰定義誰?答案藏在度量單位的發展史中

2021-01-11 天文在線

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在測定出光速之前,英裡和米的定義就已經存在了,因為這個原因,這些數字沒法精準確切。

最開始,一英裡粗略表示為羅馬軍隊進軍一千步的距離。(「milia」在拉丁語中表示「千」)

英國人在中世紀後期發展了一套度量標準體系,確定了幾種度量單位例如大麥長度,英寸,手長,腳長,英尋,杆長,費隆,英裡等之間的換算關係。所有的度量單位都被定在單獨的一個標準碼內,一根按照此標準製作的長棍被存放在倫敦塔內。

幾個世紀過去了,此標準碼的複製版被製作並分配至當地,稱為當地的的度量標準。某些時候,當舊的標準嗎磨損之後,一個新的度量標準碼將會取而代之。為確保現存的所有測量工具不會存在誤差,製作新的標準碼的要義是讓它儘可能貼近原來的標準嗎。

美國在取得獨立時也建立了自己的度量標準。此標準體系來源於英國,並且美國也努力使讓每個標準碼的長度儘可能相同。

法國在度量衡方面則是一團糟。因為單位之間的換算關係都是基於傳統的換算,而整個國家沒有一個統一的標準。一英尺,在這個城市的長度和另外一個城市的長度並不相同,這種不統一性使得貿易通商變得困難。法國大革命之後,法國人幹的第一件事之一便是根據更加「普遍的」因素,建立起一個全新的度量衡體系。

例如:經過多次的討論,一米的距離被定義為沿著穿過巴黎的子午線,從北極到赤道的第一千萬距離。接著他們花了十年的時間儘可能精確地測量這一距離,然後將此測量結果刻錄在金屬球上,該金屬球被收藏在位於巴黎之外的一個金庫中。並且該刻錄(實際上)是「那」一米。

圖解:法國敦刻爾克鐘樓,為米標準所測子午線弧的北端

1875年,包括美國和法國在內的一些國家籤署了一米條約,正式採用米(和其他單位)作為國際通用的標準單位,並且授權重新製作一個一米的標準條。幾年後,這個條碼被設計出來,30個條碼被製作、編號、並和標準的一米進行了對比。人們最終決定六號條碼最貼近原始的一米標準條,並宣布這就是「那個」一米。剩餘29根條碼被校準,然後作為國際一米單位原型的國家摹本被運出。

圖解:巴塞隆納的蒙特惠奇堡,為米標準所測子午線弧的南端

1893年,美國收到了屬於他的一米副本。美國的首席度量衡學者斷定這個複製的精準度比標準碼更準確,並且棄用舊的標準碼,支持使用新的「一米」標準。從此,公制標準在美國沿用至今。

在英裡和米的大部分發展史中,光速不在人們的考慮範圍內。約為300,000,000米每秒或186,000英裡每秒的光速,在單位上完全是一個巧合。

這同早在1905年的英裡,碼,米和千米(一千米)的情況類似。當愛因斯坦首次在兩篇論文中提出相對論這一概念,聲稱光速是一個基本的常數時,所有人都充滿懷疑,觀望不前。

二十世紀,人們能夠更加精準地測量測量物體。「米」這一單位被定義了兩次。在1960年,依據氪釋放的一條特定射線的波長,「米」被首次重新定義。接著在1983年,基於光速,「米」迎來了第二次定義修改。如同原先的定義更改一樣,這兩次重新定義皆旨在不改變米的實際長度,只改變長度的表述方式。而很可能在2019年,依照光速,「米」會迎來第三次更加明確詳盡的新定義。

開頭問題的答案很簡單,僅僅因為米和英裡早在光速這一概念廣為人知之前就已經被任意定義,所以沒有原因能解釋為什麼任何一個單位應該完全被解分成光速。

參考資料

1.維基百科全書

2.天文學名詞

3.quora-哦我可愛的搖粒絨

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