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【1秒等于多少ms】我们究竟该如何测量光速?看看科学家怎么说

问题:科学家如何测量光速?

那么科学家们是如何测量光速的呢?科学家不是这样的。

严格意义上来说,并没有真正去测量光速,(通常指真空中光的速度)我们却准确地知道光速是多少。其速度为:c=299792458ms−1。

这个数据百分百准确,并且没有任何测量错误。但是,Jack说的到底是怎样得出的一个数据?因为我们知道那是准确的数据,是被定义的数据,然后我们再次得出数据(在一定时间内,一定数量的铯-133原子的辐射能量在超高精度地转化后消失),从那里我们定义了公尺(现在的米)。所以说,需要去做的测量只是一公尺有多远而已。

我们将光速定义为固定数值,因此所有的测量人员都可以用它来定义自己测量的长度尺寸。测量光速,需要外部的定义,也就是一米有多远,直到大约1970年,才真正有个界定,实想用这个外部距离定义来测量光速,是很容易实验的,你只需要对着镜子释放一束光脉冲(释放时刻设为t=0),直接测量返回时所用的时间。这是雷达和声呐技术的原理(只需接收,就可以测出距离和速度)。

这里有一些背景知识:

公尺最初是在大约1799年定义的,他被定义为赤道和极点距离的1⁄10,000,000,从1889年起,“公尺”被定义为一根铂棒的长度,它被放在巴黎的一个拱顶上。

从这一个米的定义(和第二个旧的定义),我们测量(使用镜像计时方法,或基于天文观测)光的速度大约为299792458,加上非整数位,以及来自测量误差的误差条。

最终,我们意识到,有一个米定义的东西,只有一个有点让人摸不着头脑。因此,我们试图用一种任何人都可以复制的方式来定义它,而不必提及“标准物体”,因此,我们使用光速重新定义了仪表。

如今官方定义为:1⁄299792458,即光一秒内在真空中传播的距离。用铯定义秒,因此,这与将光的速度定义为上面给出的数字完全等价。我们选择了这个数字(而不是像300000000这样更方便的数字),因为这个数字改变了米的定义,只改变了百分之零点几,但整数y使一切都变得美好。使用这个定义的一个结果是,任何测量光速的尝试都是周期性的;必须使用“米”在某个依赖光速的点上来测量光速。因此,当你“测量”光速(真空中)时,你现在实际做的是“测量你的测量仪器有多精确”。

科学家究竟如何测量光速?

真空中的光速为每秒299792458米(约3×108M/s,或30 000公里/秒(186万英里/秒)),是一个普遍的常数。我们可以用许多方法来近似这个常数,并且根据选择的方法可以改变接近实际值或不确定度的程度。以下是基于结果不确定度的方法列表,按降序排列。

天文测量:这是在1600年后期首次使用的方法,以地球和太阳之间的距离来定量测量光速,因为这只是一个近似值,结果是光从太阳到地球需要22分钟。这使得光速为2.2×108m/s,比实际值低26%。

飞行时间技术:在这种方法中,一个测量光束到达两个放置在远处的镜子(在希波利特·菲佐的实验中是8公里)和中间的旋转齿轮所需的时间。该方法得到的光速值为3.15×108m/s。

空腔共振:在这种方法中,我们使用频率和波长之间的简单物理关系来测量速度(关系为c=fλ),但对于该波长或频率,应首先知道。如其他答案所述,微波炉的方法属于这一类。由埃森-戈登史密斯公司进行的实验结果表明,速度为2.99792±9×108m/s,误差为1.400969-6。

图解:通过观察木星掩食木卫一的时间来判断光速

干涉法(使用激光):激光是相干光源,在测量光的速度方面具有最高的精度。美国国家标准与技术研究所于1972年采用该方法测量真空中的光速,不确定度为3.5×10-9。

图解:干涉测量法的原理。左:相长干涉;右:相消干涉

在所有这些不同的方法中,人们可以简单地看一下麦斯威尔(在他的1861篇论文中)给出的电磁波方程(光是一个方程)给出的值。c=1ε0μ0√=2.998×108m/s。

参考资料

1.维基百科全书

2.天文学名词

3. forbes-墨舒寒

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