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pos機(jī)vsm是什么意思
關(guān)于光速這個(gè)話題,已經(jīng)有過(guò)多次討論,但看到還是有許多網(wǎng)友對(duì)光速這個(gè)現(xiàn)代物理常數(shù)充滿了疑惑,如認(rèn)為光速這么快,1秒鐘就幾十萬(wàn)公里,怎么可能測(cè)量出來(lái)?為什么是299792458m/s,而不是300000000m/s;為什么正好沒(méi)有小數(shù)點(diǎn)等等,就再次詳細(xì)說(shuō)說(shuō)這個(gè)問(wèn)題。
簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái),真空光速確定為c=299792458m/s這個(gè)復(fù)雜整數(shù),還真的沒(méi)有這么巧,是人類對(duì)客觀規(guī)律認(rèn)識(shí)后,再人為標(biāo)定的結(jié)果。這個(gè)過(guò)程卻很復(fù)雜,科學(xué)家們經(jīng)歷了三百多年前赴后繼的測(cè)量實(shí)驗(yàn),才獲得光速準(zhǔn)確值,然后通過(guò)修改國(guó)際度量衡~“米”的定義,才將光速調(diào)整為現(xiàn)在的整數(shù)值。
光速測(cè)量的鼻祖。對(duì)于光速最早關(guān)注并想弄清楚的人,是偉大現(xiàn)代科學(xué)先驅(qū)伽利略。在這之前,人們對(duì)光速完全沒(méi)有概念,覺(jué)得光一出現(xiàn)就灑滿大地,速度是無(wú)限的。但伽利略這個(gè)腦袋就是與眾不同,常有一些稀奇古怪的想法。他曾經(jīng)費(fèi)了好大勁搬運(yùn)一大一小兩個(gè)鐵球到比薩斜塔最頂層,將它們同時(shí)拋落,目的就是為了看看是不是同時(shí)落地,由此得到了自由落體定律。
現(xiàn)在他又覺(jué)得光雖然很快,但應(yīng)該是有限的。1638年的一天,他和助手們分別來(lái)到兩個(gè)相隔1英里的山頭,各自提著一個(gè)燈籠,手上拿著秒表。實(shí)驗(yàn)的方法是第一個(gè)人舉起燈籠后,另一個(gè)山頭的人看到后立即舉起燈籠,這樣第一個(gè)舉燈的人看到對(duì)面山頭上的舉燈,理論上就得到燈光走了2英里的時(shí)間,同時(shí)用秒表記錄下來(lái)。
2英里約3.2km,光速只需要0.00000001秒多點(diǎn),可想而知,這種原始的方法是無(wú)法記錄光速的,因此伽利略的實(shí)驗(yàn)以失敗告終。但伽利略為光速測(cè)量開了一個(gè)頭,激起了許多科學(xué)家們的興趣。在他之后,就有許多科學(xué)家為了獲得光速而想了很多辦法。
幾百年測(cè)量光速的前赴后繼。由于伽利略在山頭舉燈測(cè)光速實(shí)驗(yàn)沒(méi)有取得成功,人們并沒(méi)有接受光速有限的理念,光速無(wú)限論依然占據(jù)著科學(xué)界主流統(tǒng)治地位。幾十年過(guò)去了,一直到1676年,丹麥天文學(xué)家奧勞斯·羅默率先開始采用科學(xué)方法對(duì)光速進(jìn)行了測(cè)量。
羅默用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)木星衛(wèi)星,對(duì)衛(wèi)星在木星表面的投影周期性變化,通過(guò)定量計(jì)算得出光速c=214300km/s。這個(gè)值雖然距離現(xiàn)在精確光速值低了近30%,但這是由于當(dāng)時(shí)對(duì)地球半徑?jīng)]有一個(gè)精確值,計(jì)算參考值誤差導(dǎo)致的。現(xiàn)在依然用羅默的方法,用現(xiàn)在掌握的地球半徑精確值計(jì)算,求得的光速值為c=299840±60km/s,達(dá)到了現(xiàn)代光速準(zhǔn)確值的99.98%。
羅默的測(cè)量結(jié)果,宣告了光速無(wú)限論的終結(jié),從此科學(xué)界廣泛接受了光速有限的認(rèn)知。隨后一路走來(lái),科學(xué)家們前赴后繼,不斷改進(jìn)測(cè)量辦法和設(shè)備,讓光速一步步更精確。比較有名的代表人物有法國(guó)物理學(xué)家A·H·L·菲佐、法國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家J·B·L·傅科、美國(guó)物理學(xué)家A·A·邁克爾遜等。他們采用的方法主要是利用反射原理,檢測(cè)光線在一定時(shí)間行走的距離。
這些測(cè)試都是在室外地面上進(jìn)行的。
1849年,菲佐制作了一個(gè)檢測(cè)光速的設(shè)備,這個(gè)設(shè)備是采用齒輪旋轉(zhuǎn)的方法,讓光線通過(guò)齒輪縫隙發(fā)射到8km遠(yuǎn)的反射鏡上,由此計(jì)算每秒接收到的次數(shù),這樣測(cè)得光速c=315000km/s,比現(xiàn)代精確光速值多了5%;1851年,傅科改進(jìn)了這種設(shè)備,采用旋轉(zhuǎn)鏡方式測(cè)得光速c=298000km/s,得到比現(xiàn)代精確值只差0.6%的結(jié)果;1926年,馬克爾孫改進(jìn)了傅科的實(shí)驗(yàn),將聚集的平行光發(fā)射距離拉長(zhǎng)到35千米,測(cè)得了光速c=299796km/s,這與現(xiàn)代精確光速只相差0.001%。
至此,這已經(jīng)是人工地面機(jī)械試驗(yàn)?zāi)軌驕y(cè)得光速精確值的極限了,光速已經(jīng)成為物理學(xué)的一個(gè)常數(shù),廣泛運(yùn)用在科學(xué)研究的各個(gè)方面。
真空光速就是電磁波速。在300多年的光速測(cè)定過(guò)程中,有幾位大科學(xué)家雖然沒(méi)有直接測(cè)定光速,但做了一些與光至關(guān)重要的實(shí)驗(yàn),揭示出光的本質(zhì),從而讓“光”這個(gè)概念有了更深刻的含義。其代表人物有英國(guó)科學(xué)家邁克爾·法拉第和詹姆斯·克拉克·麥克斯韋等,這兩位都是近代最偉大的電磁學(xué)大師。
法拉第用電場(chǎng)和磁場(chǎng)概念解釋靜電力和磁場(chǎng)力,表明光會(huì)受到磁場(chǎng)影響,從而證實(shí)了可見光就是電磁波譜中的一部分,而不可見光部分的微波、紅外線、紫外線、X射線、γ射線的傳播速度與可見光是一樣的;后來(lái)麥克斯韋、R·科爾勞施和W·韋伯等完成了電磁波速度測(cè)量,與菲佐對(duì)可見光測(cè)量的速度相近。
隨著現(xiàn)代科學(xué)儀器的日益精進(jìn),1952年,英國(guó)科學(xué)家費(fèi)羅姆用微波干涉儀法測(cè)量光速得c=299792.50±0.10km/s;1973年,美國(guó)的K·M·埃文森等人直接測(cè)量激光頻率ν和真空中的波長(zhǎng)λ,通過(guò)公式(c=vλ)計(jì)算,得到光速c=299792458±1.2m/s的精確值,這種方法得到的光速值已經(jīng)是理論上最精確的了,以后也不可能再精確了。
但這個(gè)精確值依然有一個(gè)±1.2m/s的誤差,這個(gè)誤差約0.004ppm,也就是十億分之四,這是為什么呢?
因?yàn)槊椎亩x與光速完全無(wú)關(guān),就無(wú)法得到光速的正整數(shù)。“米”的定義起源于法國(guó),是1789年法國(guó)大革命后的產(chǎn)物,此后“米”作為一種國(guó)際度量衡尺度單位,被世界廣泛使用。1792~1799年,法國(guó)天文學(xué)家捷梁布爾和密伸帶領(lǐng)一個(gè)團(tuán)隊(duì),對(duì)法國(guó)敦刻爾克至西班牙的巴塞羅那進(jìn)行了測(cè)量,根據(jù)測(cè)量結(jié)果制定了一根3.5毫米*25毫米截面的鉑質(zhì)長(zhǎng)桿,兩端距離定為1米,稱為“檔案米”,交給法國(guó)檔案局保管,這就是最早的米原器。
這種米原器要在恒溫恒壓條件下(0℃和1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓),才能夠基本保持原樣,但由于變形和可刻線工藝,誤差是難免的。這點(diǎn)誤差對(duì)于我們?nèi)粘I顏?lái)說(shuō),影響不大,但作為一種世界標(biāo)準(zhǔn),就很難在不斷地復(fù)制中保持原樣了。
于是經(jīng)過(guò)多次改進(jìn),人們采用元素譜線作為米的定義,如在1960年國(guó)際度量衡大會(huì)上,確定了米的長(zhǎng)度為:“氪-86原子的2P10和5d1能級(jí)之間躍遷的輻射在真空中波長(zhǎng)的1650763.73倍”。后來(lái)又改為更穩(wěn)定的激光為準(zhǔn),這樣“米”就十分精確了,既不變形,也容易復(fù)現(xiàn)。
但此時(shí),米的定義依然是以子午線的長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算的,與光速無(wú)關(guān),這種定義的“尺子”是無(wú)論如何也不可能測(cè)量出光速的整數(shù)的,后面將有無(wú)法窮盡的小數(shù)。因此,如不改進(jìn)測(cè)量尺度,光速就永遠(yuǎn)也不會(huì)有一個(gè)正整數(shù)。
修改米的定義和秒的精確度,從此光速成為一個(gè)整數(shù)數(shù)值。為了讓光速成為一個(gè)整數(shù),同時(shí)又能夠讓米成為更精確的國(guó)際尺度,983年國(guó)際度量衡大會(huì)上,重新確定了米的定義,將1米定義為“光在真空中行進(jìn)1/299792458秒的距離”。這個(gè)定義,既解決了光速的整數(shù)問(wèn)題,又更精確了米的定義。
這實(shí)際上是一個(gè)雙贏。雖然是將“米”的定義遷就了光速,讓米以光速的整數(shù)進(jìn)行了修正,這樣,為適應(yīng)光速成為整數(shù),米的長(zhǎng)度變動(dòng)了約十億分之四。但這點(diǎn)修正,對(duì)人類使用米這個(gè)國(guó)際公制單位影響微乎其微。由于光速極限和恒定等性質(zhì),卻讓“米”從此更精確永不變動(dòng)了。
現(xiàn)在的米是根據(jù)光速確定的,而光速是米的正整數(shù)。這里面,確保這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)精準(zhǔn)性的另一個(gè)度量衡單位,就是時(shí)間“秒”。如果這個(gè)“秒”不準(zhǔn),尺度就會(huì)不準(zhǔn)了。1秒只要誤差一點(diǎn)點(diǎn),光速走過(guò)的路程就會(huì)相差很大了。
現(xiàn)代國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘的精度。現(xiàn)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘用的是原子鐘,1秒定義為:“銫-133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能階之間躍遷時(shí),輻射電磁波周期的9192631770倍”。也就是銫-133原子每秒鐘振動(dòng)頻率達(dá)到9192631770次,振動(dòng)這些次數(shù)就計(jì)時(shí)1秒。這種原子鐘有多精確呢?較為低級(jí)的約30萬(wàn)年誤差1秒,高級(jí)一點(diǎn)的600萬(wàn)年才會(huì)誤差1秒,最高級(jí)的達(dá)到3000萬(wàn)年誤差1秒。
科學(xué)家們并不滿足這種誤差,正在研制的光鐘,是讓振動(dòng)頻率在光波段,世界各國(guó)正在研制的光晶格鐘就是光鐘的一種。這種光鐘的誤差可以小到160億年1秒,也就是說(shuō)這種光鐘如果從宇宙大爆炸那一刻開始計(jì)時(shí),到現(xiàn)在也不會(huì)誤差1秒。
由此我們可見現(xiàn)在“米”的精準(zhǔn)度有多高,光速的精度有多高??戳斯馑贉y(cè)量和確定的過(guò)程,不知道那些老質(zhì)疑光速準(zhǔn)確性的人們作何感想,會(huì)放棄自己的錯(cuò)誤觀念嗎?
光速為什么不弄成300000000m/s?光速c=99792458m/s已經(jīng)是一個(gè)正整數(shù)了,但有些網(wǎng)友對(duì)這種數(shù)值依然很不滿意,認(rèn)為弄這么多數(shù)字誰(shuí)記得住啊,怎么不弄成每秒300000000m/s這樣的整數(shù)呢?這樣豈不方便了很多嗎?這些科學(xué)家為啥就不與人方便與己也方便呢?
其實(shí)這是完全違背基本邏輯常識(shí)的想法。因?yàn)楣馑倏陀^上就是這個(gè)速度,怎么能夠隨意更改呢?如果要把“米”改成光速每秒鐘行進(jìn)1/300000000米距離這么個(gè)定義,那么過(guò)去的1米的長(zhǎng)度就要減少約0.07%,每米就比過(guò)去短了0.7毫米,雖看看起來(lái)似乎也不多,老百姓在生活中測(cè)測(cè)身高,量量土地房屋影響不大,但在科研和一些具有高精密度要求的場(chǎng)合,影響就會(huì)很大了。
如果不改動(dòng)米尺,就需要修改光行進(jìn)的時(shí)間或“秒”的定義,光行進(jìn)300000000米需要1.0006922855944561487267301434248秒的時(shí)間,這樣如何表述呢?而秒的長(zhǎng)度是根據(jù)每天24小時(shí),每小時(shí)3600秒來(lái)確定的,要改動(dòng)的話牽一發(fā)動(dòng)全身,是不可能的。
由此,光速按照過(guò)去“米”的長(zhǎng)度,將測(cè)得的精確值米以后的小數(shù)去掉,修正“米”的長(zhǎng)度與光速整數(shù)相對(duì)應(yīng),修正的誤差范圍只是在十億分之四以內(nèi),這應(yīng)該是一個(gè)最好選擇,所以現(xiàn)在的光速精確值就為c=299792458m/s。
這就是我對(duì)光速準(zhǔn)確值來(lái)源的理解,與大家分享,如喜歡,請(qǐng)關(guān)注支持。感謝閱讀,歡迎討論。
以上就是關(guān)于pos機(jī)vsm是什么意思,光速為什么是c=299792458m的知識(shí),后面我們會(huì)繼續(xù)為大家整理關(guān)于pos機(jī)vsm是什么意思的知識(shí),希望能夠幫助到大家!
