科學家是如何測量光速的?

光速是物理學中的一個最基本常數 , 也是物體運動的速度上限 , 那么科學家是如何來測量光速的呢?

科學家是如何測量光速的?



實際上 , 科學家不測量光速(這里總是指光在真空中的速度) , 而是科學家知道光的速度是多少 。 光速c = 299,792,458米每秒 。 這個數值絕對是100%精確 , 沒有任何測量誤差 。 之所以科學家知道這個數值就是光的速度 , 其原因就是科學家把光速定義成了這個數值 。
然后科學家定義了一秒的長度 , 即在銫-133的超精躍遷中輻射一定數量周期的持續時間 。 從中 , 科學家定義了一米的長度 。 所以 , 科學家真正要測量的一米有多少 。
科學家是如何測量光速的?



慣性系中的光速恒定是科學觀測出的事實 , 物理學家使用光速作為一個恒定速度 , 從中所有觀察者可以定義自己的長度標尺 。
要測量光的速度將需要有一個對于一米是多少的外部定義 , 而自20世紀70年代以來 , 就全部取消了 。
而如果真想使用這個外部距離參照來測量光速 , 那很容易測試:只要在t = 0時刻向一面鏡子發射一個光脈沖 , 然后測量返回到起點的時間 , 就能算出光速 。
以下是一些背景:
米最初是在法國大革命之后定義的 , 大約在1799年 。 它被定義為赤道和極點之間距離的1/10,000,000 。
然后在1889年 , 根據天文學家制作的鉑質米原器對米進行了正式定義 , 該米原器保存在巴黎國際計量局的地下室中 。
科學家是如何測量光速的?



米原器
從米的這個定義出發 , 科學家利用鏡像定時方法或基于天文觀測的方法測得光速約為299,792,458米每秒(后面還有小數位) , 與定義值已非常接近 。
最終 , 科學家意識到 , 利用某事物來對米進行定義會帶來諸多問題 , 比如定義米的事物自身并不穩定 , 會對標準米的測量造成誤差 。 因此 , 科學家嘗試以任何人都可以復制的方式來定義光速 , 而不必引用“標準物體” 。
因此 , 米利用光速被重新定義 。
【科學家是如何測量光速的?】今天對米的正式定義是:光在真空中行進1/299,792,458秒的距離 。 因此 , 這完全等效于光速的定義 。
科學家是如何測量光速的?



科學家之所以選擇了299,792,458這個數字(而不是一個更方便的數字300,000,000) , 是因為這個數字只改變了一標準米的小數點之后的精度 , 與最初的定義相差非常小 , 不然的話很多數據就都要更改了 。
使用這個定義的結果是任何測量光速的嘗試都是循環性的 , 在某種程度上必須要使用“米”來測量它 , 而這又取決于光速 。
因此 , 當“測量”光速(在真空中)時 , 實際上就是在測量所使用的測量儀器有多精確 。
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