科學家是如何測量光速的？

知識 11-30

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，那麼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（這裡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。

然後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？

慣性系中的光速恆定是科學觀測出的事實，物理學家使用光速作為一個恆定速度，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於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衝，然後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後定義的，大約在1799年。它被定義為赤道和極點之間距離的1/10,000,000。

然後在1889年，根據天文學家製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於天文觀測的方法測得光速約為299,792,458米每秒（後面還有小數位），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並不穩定，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複製的方式來定義光速，而不必引用「標準物體」。

因此，米利用光速被重新定義。

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，這完全等效於光速的定義。

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後的精度，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，而這又取決於光速。

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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