遼寧
一些網(wǎng)友常常質(zhì)疑光速是個(gè)整數(shù)值，覺得太巧了，不可思議，總覺得是科學(xué)家人為設(shè)計(jì)出來的。
其實(shí)這些朋友是不了解科學(xué)家們對(duì)光速測(cè)量幾百年的孜孜以求，以及“米”這個(gè)度量尺度的由來。
某種意義上說，光速數(shù)值成為一個(gè)整數(shù)，本來就有人為設(shè)計(jì)因素在里面，下面我們就來聊一聊這個(gè)問題。
光速測(cè)量的鼻祖是科學(xué)先驅(qū)伽利略，他在1638年就嘗試進(jìn)行了光速測(cè)量，他的方法很簡陋，兩個(gè)人在相隔1英里的山頭，相互觀看對(duì)方燈光遮蓋，并用秒表計(jì)時(shí)。人眼反應(yīng)太慢，這種方法太簡單原始，當(dāng)然無法測(cè)出光速，但開啟了探測(cè)光速的先河。
丹麥天文學(xué)家奧勒·羅默首次采用科學(xué)的方法對(duì)光速進(jìn)行了測(cè)量，他用的方法是伽利略發(fā)現(xiàn)的“行星掩星”現(xiàn)象；再后來阿曼達(dá)·斐索、萊昂·傅科等科學(xué)家們一代接著一代，用光線折射疊加計(jì)算的方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，使光速越來越接近準(zhǔn)確數(shù)值。
一直到1972年，美國科學(xué)家們利用激光干涉法這種現(xiàn)代科學(xué)方法，終于在實(shí)驗(yàn)室里精確的測(cè)量出了光速，得到了光速值是299792.4562±0.0011m/s。這已經(jīng)是最精確的光速了，但為什么還有正負(fù)誤差呢？這就是因?yàn)椤懊住钡亩x問題，當(dāng)時(shí)“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(jìn)一步提高。
所以談到光速是不是設(shè)計(jì)出來的，就必須談到“米”這個(gè)計(jì)量尺度的來歷。其實(shí)“米”這個(gè)表示長度的單位，定義過程也經(jīng)歷了幾百年復(fù)雜的測(cè)量修正過程。
最早的“米”是1790年法國科學(xué)家組成的特別委員會(huì)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(jīng)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(gè)提議于1791年得到了法國國會(huì)的批準(zhǔn)，從此成為一個(gè)國際長度單位。為了使“米”能夠準(zhǔn)確，需要制定一個(gè)表征米的基準(zhǔn)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(jù)來制定的呢？如果這個(gè)依據(jù)不準(zhǔn)確，失之毫厘差之千里，傳來傳去不就完全亂套了？
因此無論什么東西一旦成為世界標(biāo)準(zhǔn)，上升為基準(zhǔn)的東西，就不是那么簡單了。
為了確定“米”的準(zhǔn)確長度，天文學(xué)家捷梁布爾和密伸率領(lǐng)一個(gè)專門的隊(duì)伍，從1792年到1799年經(jīng)歷了8年工作，精準(zhǔn)測(cè)量了法國敦刻爾克至西班牙巴塞羅那的子午線距離，根據(jù)測(cè)量結(jié)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(gè)“檔案米”標(biāo)桿為準(zhǔn)。
為什么以鉑桿制造？就是因?yàn)殂K的穩(wěn)定性更好。但國際標(biāo)準(zhǔn)可不是我們?nèi)庋劭纯床畈欢嗑托辛耍S著時(shí)間的推移，這根“檔案米”變形越來越嚴(yán)重。
為了解決這個(gè)問題，1872年，科學(xué)界以“檔案米”為長度依據(jù)，用鉑銥合金（90%的鉑和10%的銥）重新制造一種長度標(biāo)準(zhǔn)，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。
國際計(jì)量局選擇了1根為6號(hào)的米原器放在地下室保存，其余尺子作為副尺分發(fā)給各國作為標(biāo)準(zhǔn)使用。
這種米原器并不是什么時(shí)候都是準(zhǔn)確的1米，準(zhǔn)確的表述是：在零度（攝氏度，后同）時(shí)，此尺中間的兩線段之間長度為1米。
1927年，第七屆國際計(jì)量大會(huì)對(duì)“米”又提出了更嚴(yán)格規(guī)定，要求米原器不但要在零度中，還要在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓情況下，才能算數(shù)。并且對(duì)放置條件做了具體詳細(xì)規(guī)定，比如放置在什么架子上、水平狀態(tài)和濕度等等都有嚴(yán)格規(guī)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(cè)量精度只能達(dá)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(fù)制標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)制品誤差將會(huì)越來越大，越來越無法保證精度。
因此找一種自然量值作為基準(zhǔn)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(biāo)桿，成為永恒不變確保精度的標(biāo)準(zhǔn)尺度。
上世紀(jì)50年代，寬度很窄的氪-86同位素譜線被發(fā)現(xiàn)，1960年第十一屆國際計(jì)量大會(huì)對(duì)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(jí)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(shí)間、溫度和壓力導(dǎo)致的材料變形擔(dān)憂了。但隨著光速測(cè)量的精準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)光速在真空中的速度更為穩(wěn)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(gè)整數(shù)，1983年在巴黎召開的第十七屆國際計(jì)量大會(huì)上，又再次重新規(guī)定了“米”的定義，即：1米為光在真空中1／299792458秒時(shí)間間隔內(nèi)行程的長度。
這樣，光速就成為了1個(gè)整數(shù)，而“米”作為國際標(biāo)準(zhǔn)長度計(jì)量單位，也從過去的以地球子午線為標(biāo)準(zhǔn)做了些許微調(diào)，以光在真空中的傳遞速度為依據(jù)定下了一個(gè)永遠(yuǎn)不變的尺度。
從上述光速測(cè)量過程和“米”作為國際長度標(biāo)準(zhǔn)的制定變遷，可以看出，科學(xué)是一個(gè)非常嚴(yán)謹(jǐn)追求的過程，世界上不管是光速還是國際度量單位，都經(jīng)歷了一代代科學(xué)家精益求精的實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證，才成為今天的樣子。
所以，嚴(yán)格說來，科學(xué)發(fā)現(xiàn)和理論知識(shí)沒有巧合和設(shè)計(jì)，只有對(duì)宇宙大自然的不斷挖掘和認(rèn)識(shí)，都是宇宙中本來就存在的自然規(guī)律，這種規(guī)律我們可以發(fā)現(xiàn)和利用，但無法改變。
至于怎么表述這些規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，則可由人類根據(jù)世俗習(xí)慣定義來確定，帶有很強(qiáng)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(gè)意義上來說，光速的具體表述當(dāng)然就帶有了人為設(shè)計(jì)的因素。
不知道這樣解釋，對(duì)光速有疑問的朋友明白了沒有？歡迎討論點(diǎn)評(píng)。
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