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光速為何是一個整數?巧合嗎?并不是,因為本來就有人為因素!

發布時間:2019-08-05 15:07:01  作者:宇宙探索  來源:宇宙探索  閱讀:57

    光速為何是一個整數?巧合嗎?并不是,因為本來就有人為因素!
      一些網友常常質疑光速是個整數值,覺得太巧了,不可思議,總覺得是科學家人為設計出來的。
      其實這些朋友是不了解科學家們對光速測量幾百年的孜孜以求,以及“米”這個度量尺度的由來。
      某種意義上說,光速數值成為一個整數,本來就有人為設計因素在里面,下面我們就來聊一聊這個問題。
      光速測量的鼻祖是科學先驅伽利略,他在1638年就嘗試進行了光速測量,他的方法很簡陋,兩個人在相隔1英里的山頭,相互觀看對方燈光遮蓋,并用秒表計時。人眼反應太慢,這種方法太簡單原始,當然無法測出光速,但開啟了探測光速的先河。
      丹麥天文學家奧勒·羅默首次采用科學的方法對光速進行了測量,他用的方法是伽利略發現的“行星掩星”現象;再后來阿曼達·斐索、萊昂·傅科等科學家們一代接著一代,用光線折射疊加計算的方法進行了實驗,使光速越來越接近準確數值。
      一直到1972年,美國科學家們利用激光干涉法這種現代科學方法,終于在實驗室里精確的測量出了光速,得到了光速值是299792.4562±0.0011m/s。這已經是最精確的光速了,但為什么還有正負誤差呢?這就是因為“米”的定義問題,當時“米”的定義是通過86-氪605nm的光譜線給出的,它的精度限制了光速精度的進一步提高。
    光速為何是一個整數?巧合嗎?并不是,因為本來就有人為因素!
      所以談到光速是不是設計出來的,就必須談到“米”這個計量尺度的來歷。其實“米”這個表示長度的單位,定義過程也經歷了幾百年復雜的測量修正過程。
      最早的“米”是1790年法國科學家組成的特別委員會提出的,建議以通過巴黎的地球子午線全長的4000萬分之一作為國際長度單位~1“米”。
      何謂子午線?就是地球的經線,從南極到北極畫一根線,把地球像破西瓜一樣切成兩半的那根線。
      這個提議于1791年得到了法國國會的批準,從此成為一個國際長度單位。為了使“米”能夠準確,需要制定一個表征米的基準器。我們一些吃瓜群眾可能以為這有什么難的,用木頭或者金屬做一根尺子不就行了,我們平常用的不都這樣?
      可大家想過沒有,我們平常用的米尺是以哪里的為依據來制定的呢?如果這個依據不準確,失之毫厘差之千里,傳來傳去不就完全亂套了?
    光速為何是一個整數?巧合嗎?并不是,因為本來就有人為因素!
      因此無論什么東西一旦成為世界標準,上升為基準的東西,就不是那么簡單了。
      為了確定“米”的準確長度,天文學家捷梁布爾和密伸率領一個專門的隊伍,從1792年到1799年經歷了8年工作,精準測量了法國敦刻爾克至西班牙巴塞羅那的子午線距離,根據測量結果制造了一根3.5毫米x25毫米扁型截面1米長的鉑桿,由法國檔案局保存,稱為“檔案米”。從此全世界的“米”都以這個“檔案米”標桿為準。
      為什么以鉑桿制造?就是因為鉑的穩定性更好。但國際標準可不是我們肉眼看看差不多就行了,隨著時間的推移,這根“檔案米”變形越來越嚴重。
      為了解決這個問題,1872年,科學界以“檔案米”為長度依據,用鉑銥合金(90%的鉑和10%的銥)重新制造一種長度標準,叫“米原器”,以此代替了“檔案米”。米原器制造了31根,截面呈X型,把檔案米長度刻線刻在這根截面X型的長條凹槽上,線寬度為6~8um。
    光速為何是一個整數?巧合嗎?并不是,因為本來就有人為因素!
      國際計量局選擇了1根為6號的米原器放在地下室保存,其余尺子作為副尺分發給各國作為標準使用。
      這種米原器并不是什么時候都是準確的1米,準確的表述是:在零度(攝氏度,后同)時,此尺中間的兩線段之間長度為1米。
      1927年,第七屆國際計量大會對“米”又提出了更嚴格規定,要求米原器不但要在零度中,還要在1個標準大氣壓情況下,才能算數。并且對放置條件做了具體詳細規定,比如放置在什么架子上、水平狀態和濕度等等都有嚴格規定。
      但即使這樣,還是沒有辦法解決極其微小的變形和精度問題,比如刻度線的寬度也有6~8um,測量精度只能達到0.1um等。這些都是重大缺陷,而且米原器一旦損壞,再也沒有復制標準,復制品誤差將會越來越大,越來越無法保證精度。
    光速為何是一個整數?巧合嗎?并不是,因為本來就有人為因素!
      因此找一種自然量值作為基準度量單位就成為人們的希望。最終就確定了以光速為“米”的標桿,成為永恒不變確保精度的標準尺度。
      上世紀50年代,寬度很窄的氪-86同位素譜線被發現,1960年第十一屆國際計量大會對米的定義做了更改,確定“米”的長度等于氪-86原子的2P10和5b1能級之間躍遷的輻射在真空中波長的1650763.73倍。
      這種以自然量來確定“米”長度精度的方法,再也不需要為時間、溫度和壓力導致的材料變形擔憂了。但隨著光速測量的精準,發現光速在真空中的速度更為穩定和精確,為了把“米”的精度更明確的定義,以及為了光速能夠成為一個整數,1983年在巴黎召開的第十七屆國際計量大會上,又再次重新規定了“米”的定義,即:1米為光在真空中1/299792458秒時間間隔內行程的長度。
    光速為何是一個整數?巧合嗎?并不是,因為本來就有人為因素!
      這樣,光速就成為了1個整數,而“米”作為國際標準長度計量單位,也從過去的以地球子午線為標準做了些許微調,以光在真空中的傳遞速度為依據定下了一個永遠不變的尺度。
      從上述光速測量過程和“米”作為國際長度標準的制定變遷,可以看出,科學是一個非常嚴謹追求的過程,世界上不管是光速還是國際度量單位,都經歷了一代代科學家精益求精的實驗和驗證,才成為今天的樣子。
      所以,嚴格說來,科學發現和理論知識沒有巧合和設計,只有對宇宙大自然的不斷挖掘和認識,都是宇宙中本來就存在的自然規律,這種規律我們可以發現和利用,但無法改變。
      至于怎么表述這些規律的發現,則可由人類根據世俗習慣定義來確定,帶有很強的主觀性。比如如果人類把光在真空中的速度定為每秒500000000米,也無不可,但光速本身并沒有變化,而是人類把“米”的定義縮短了而已。從這個意義上來說,光速的具體表述當然就帶有了人為設計的因素。
      不知道這樣解釋,對光速有疑問的朋友明白了沒有?歡迎討論點評。
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