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光速为何是一个整数?巧合吗?并不是,因为本来就有人为因素!

发布时间:2019-08-05 15:07:01  作者:宇宙探索  来源:宇宙探索  阅读:57

    光速为何是一个整数?巧合吗?并不是,因为本来就有人为因素!
      一些网友常常质疑光速是个整数值,觉得太巧了,不可思议,总觉得是科学家人为设计出来的。
      其实这些朋友是不了解科学家们对光速测量几百年的孜孜以求,以及“米”这个度量尺度的由来。
      某种意义上说,光速数值成为一个整数,本来就有人为设计因素在里面,下面我们就来聊一聊这个问题。
      光速测量的鼻祖是科学先驱伽利略,他在1638年就尝试进行了光速测量,他的方法很简陋,两个人在相隔1英里的山头,相互观看对方灯光遮盖,并用秒表计时。人眼反应太慢,这种方法太简单原始,当然无法测出光速,但开启了探测光速的先河。
      丹麦天文学家奥勒·罗默首次采用科学的方法对光速进行了测量,他用的方法是伽利略发现的“行星掩星”现象;再后来阿曼达·斐索、莱昂·傅科等科学家们一代接着一代,用光线折射叠加计算的方法进行了实验,使光速越来越接近准确数值。
      一直到1972年,美国科学家们利用激光干涉法这种现代科学方法,终于在实验室里精确的测量出了光速,得到了光速值是299792.4562±0.0011m/s。这已经是最精确的光速了,但为什么还有正负误差呢?这就是因为“米”的定义问题,当时“米”的定义是通过86-氪605nm的光谱线给出的,它的精度限制了光速精度的进一步提高。
    光速为何是一个整数?巧合吗?并不是,因为本来就有人为因素!
      所以谈到光速是不是设计出来的,就必须谈到“米”这个计量尺度的来历。其实“米”这个表示长度的单位,定义过程也经历了几百年复杂的测量修正过程。
      最早的“米”是1790年法国科学家组成的特别委员会提出的,建议以通过巴黎的地球子午线全长的4000万分之一作为国际长度单位~1“米”。
      何谓子午线?就是地球的经线,从南极到北极画一根线,把地球像破西瓜一样切成两半的那根线。
      这个提议于1791年得到了法国国会的批准,从此成为一个国际长度单位。为了使“米”能够准确,需要制定一个表征米的基准器。我们一些吃瓜群众可能以为这有什么难的,用木头或者金属做一根尺子不就行了,我们平常用的不都这样?
      可大家想过没有,我们平常用的米尺是以哪里的为依据来制定的呢?如果这个依据不准确,失之毫厘差之千里,传来传去不就完全乱套了?
    光速为何是一个整数?巧合吗?并不是,因为本来就有人为因素!
      因此无论什么东西一旦成为世界标准,上升为基准的东西,就不是那么简单了。
      为了确定“米”的准确长度,天文学家捷梁布尔和密伸率领一个专门的队伍,从1792年到1799年经历了8年工作,精准测量了法国敦刻尔克至西班牙巴塞罗那的子午线距离,根据测量结果制造了一根3.5毫米x25毫米扁型截面1米长的铂杆,由法国档案局保存,称为“档案米”。从此全世界的“米”都以这个“档案米”标杆为准。
      为什么以铂杆制造?就是因为铂的稳定性更好。但国际标准可不是我们肉眼看看差不多就行了,随着时间的推移,这根“档案米”变形越来越严重。
      为了解决这个问题,1872年,科学界以“档案米”为长度依据,用铂铱合金(90%的铂和10%的铱)重新制造一种长度标准,叫“米原器”,以此代替了“档案米”。米原器制造了31根,截面呈X型,把档案米长度刻线刻在这根截面X型的长条凹槽上,线宽度为6~8um。
    光速为何是一个整数?巧合吗?并不是,因为本来就有人为因素!
      国际计量局选择了1根为6号的米原器放在地下室保存,其余尺子作为副尺分发给各国作为标准使用。
      这种米原器并不是什么时候都是准确的1米,准确的表述是:在零度(摄氏度,后同)时,此尺中间的两线段之间长度为1米。
      1927年,第七届国际计量大会对“米”又提出了更严格规定,要求米原器不但要在零度中,还要在1个标准大气压情况下,才能算数。并且对放置条件做了具体详细规定,比如放置在什么架子上、水平状态和湿度等等都有严格规定。
      但即使这样,还是没有办法解决极其微小的变形和精度问题,比如刻度线的宽度也有6~8um,测量精度只能达到0.1um等。这些都是重大缺陷,而且米原器一旦损坏,再也没有复制标准,复制品误差将会越来越大,越来越无法保证精度。
    光速为何是一个整数?巧合吗?并不是,因为本来就有人为因素!
      因此找一种自然量值作为基准度量单位就成为人们的希望。最终就确定了以光速为“米”的标杆,成为永恒不变确保精度的标准尺度。
      上世纪50年代,宽度很窄的氪-86同位素谱线被发现,1960年第十一届国际计量大会对米的定义做了更改,确定“米”的长度等于氪-86原子的2P10和5b1能级之间跃迁的辐射在真空中波长的1650763.73倍。
      这种以自然量来确定“米”长度精度的方法,再也不需要为时间、温度和压力导致的材料变形担忧了。但随着光速测量的精准,发现光速在真空中的速度更为稳定和精确,为了把“米”的精度更明确的定义,以及为了光速能够成为一个整数,1983年在巴黎召开的第十七届国际计量大会上,又再次重新规定了“米”的定义,即:1米为光在真空中1/299792458秒时间间隔内行程的长度。
    光速为何是一个整数?巧合吗?并不是,因为本来就有人为因素!
      这样,光速就成为了1个整数,而“米”作为国际标准长度计量单位,也从过去的以地球子午线为标准做了些许微调,以光在真空中的传递速度为依据定下了一个永远不变的尺度。
      从上述光速测量过程和“米”作为国际长度标准的制定变迁,可以看出,科学是一个非常严谨追求的过程,世界上不管是光速还是国际度量单位,都经历了一代代科学家精益求精的实验和验证,才成为今天的样子。
      所以,严格说来,科学发现和理论知识没有巧合和设计,只有对宇宙大自然的不断挖掘和认识,都是宇宙中本来就存在的自然规律,这种规律我们可以发现和利用,但无法改变。
      至于怎么表述这些规律的发现,则可由人类根据世俗习惯定义来确定,带有很强的主观性。比如如果人类把光在真空中的速度定为每秒500000000米,也无不可,但光速本身并没有变化,而是人类把“米”的定义缩短了而已。从这个意义上来说,光速的具体表述当然就带有了人为设计的因素。
      不知道这样解释,对光速有疑问的朋友明白了没有?欢迎讨论点评。