光速正好是30万公里每秒,是巧合还是设计出来的?

2021-04-12 19:33:20 宇宙时空

在现代物理学上,目前定义的光的速度是299792458米/每秒,每秒30万公里是一个便于我们使用的近似值。这个值是经过数辈科学家几百年的努力精确测量的结果,不是巧合、也不是设计的。

要回答这个问题,我们不妨从光速的测量史说起。光速如此快,因此其测量难度很大,光速的测量经历了辩论期、物理测量法、天文测量法、实验测量法、干涉法几个阶段。

辩论期

早期,人们认为光是瞬时传播的,即光速是无限大的,包括古希腊科学家的鼻祖亚里士多德在内,都认为光的传播是瞬时的,包括一些科学界的大佬开普勒、笛卡尔等,也都认为光速是无限大、不可测的。然而伽利略认为光虽然传播很快,但却是可以测量的。

物理测量法

最初伽利略测量光速,采用了最原始的物理方法,即两人拿灯在两个山头,通过发出光到看到光的时间和山头的距离来计算光的传播速度。结果可想而知,由于光速实在太快了,在两个山头之间传播的时间根本无法确定。但这也开始激起人们对光速探索的兴趣。

天文测量法

17世纪后期,随着天文望远镜的发展,光是否具有速度有了定论。1676年,丹麦天文学家罗麦在观测木星时发现一个有趣的现象:在一年的不同时期,木星的卫星的隐食周期是不同的;地球处于木星和太阳之间时和太阳处于地球和木星之间时,周期相差十四五天。他猜测这种现象是因为光具有速度。此后惠更斯根据罗麦的数据和地球半径计算出光的传播速度为214000千米/秒。

虽然此数据与目前光速的值差别很大,但是这是人类第一次计算出的光速值,具有里程碑意义。

实验测量法

19世纪,科学家开始使用实验对光速进行测量,其思想是将难以测量的光速,通过实验,转化成容易测量的对象进行计算。比较著名的是齿轮测量法。光在光路上传播时,经过两次齿轮的间隙后被人看到,只有在齿轮转速为某个值时,光才可以穿过间隙,这样就把光速的计算,转化成了齿轮转速的计算。后来经过多次改良,这种方法计算的光速为298000千米/秒,误差已经很小了。

干涉法

现代物理学中,使用波长和频率计算光速,计算出真空中的光速值为299792458米/每秒的固定值。通过了解光速的测量历史,我们不得不佩服科学家的智慧,也不由得感慨,科学探索永无止境!

回到题主的问题,光速是一个固定值,是数辈科学家精确测量的结果,既不是设计的、也不是巧合。光总得有一个速度(除非它是无限的),既然有一个速度,我们只需要测量就好了!

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