一公尺是多少米 一公尺和一米一样吗

2024-12-0922:53:53综合资讯0

如何科学家们确定了光速的测量值?

科学家们并非直接测量了光速,实际上我们并不知道他们如何确切地“测量”它,因为光速(即真空中光的速度)是众所周知的常数。这个速度具体为:c=299792458米/秒。

此数据并非源于任何人为的测量误差,它被广泛接受为一个基础且精准的定义。大家对此数据的认知源自哪里呢?它其实是已经被定义的数值,再次以特定的时间和空间(例如在一束特定类型的原子中高精度测量能量)进行界定后所推算得出的数值,这就是米定义的部分起源。

我们把光速作为了一个标准的数值参考,从而所有的测量者都能够以此为基础去确定自身的测量尺度。虽然在实际的测量中,我们通常需要一个外部的定义来进行标定,比如在大约1970年后才有了准确的定义,但在一个简化的情况下,只需使用一束光脉冲的往返时间就可以测量出光速,其原理类似于雷达和声呐技术。

起初,在大约1799年,“公尺”这个长度单位最初是定义为一个虚拟距离,之后从1889年起,它被具体化为一个铂棒的长度,存放在巴黎的一个拱顶上。从这些定义出发,我们通过不同的方法(如镜像计时或天文观测)来测量光的速度,最终得到的结果接近于299792458米每秒。

最终我们发现,原本对“公尺”的定义略显模糊,于是我们试图以一个可以复制的、不依赖任何“标准物体”的方式来重新定义它。因此我们选择了以光速作为基础来重新定义计量单位。

如今官方定义的是:在真空中光一秒内传播的距离为1/299792458。这定义中使用了铯来定义秒,所以这与我们之前给出的光速数值是等价的。我们选择这个数字(而非如300000000这样的数字)是因为它微小的改变了米的定义,但整体上保持了测量的连续性和一致性。

无论使用何种方法测量真空中的光速,其值始终保持在每秒299792458米左右(或约等于3×108米/秒、即30万公里/秒或186万英里/秒)。这是一个普遍的物理常数,我们可以通过多种方法来近似得到它。

天文观测:此法基于太阳和地球的距离测量得到近似值。如所知那般早在16世纪末,通过简单的几何计算可以得知太阳光到达地球所需约22分钟的时间。此法所得结果约为2.2×108米/秒。

飞行时间技术:这是一个实际使用的时间计算法。用镜子反射光线后观察回程的时间,所得的近似速度是3.15×108米/秒。

空腔共振法:此法利用了频率和波长之间的物理关系来计算速度。但前提是必须知道该波长或频率。这种方法所得到的速度接近于精确值。

激光干涉法</strong》:利用激光的相干性达到最高的测量精度。这种方法被标准与技术研究所用于精确测量真空中的光速。

所有这些方法背后都离不开电磁波理论——尤其是麦斯威尔在1861年提出的方程。在理想条件下,其解出的速度c约为c=2.998×108米/秒。