我们都知道,目前测得的光是299,792,458米/秒。而爱因斯坦的狭义相对论就是以光速不变原理和相对性原理为基础建构出来的。
因此,光速应该是宇宙中一个非常重要的参数,可是,为什么这样的一个重要的参数偏偏不取整3*10^8m/s,偏偏是这样数字呢?这难道蕴含着什么奥秘?
光速能不能取整?
实际上,我们要搞清楚一件事情,那就是光速可以不可以取整?
答案其实很直接,光速是可以取整的。但是这也是有条件的。那如果把光速取整会如何呢?
实际上,我们就需要调整各种单位,就拿“长度”单位来说吧。把光速调整为整数后,调整后的1米就会等于原来的1.0006922855944米。也就是说,长度单位需要放大一点。
当然,我们还可以调整时间单位,调整后的一秒就会等于调整前的0.999308193333秒。
无论是调整长度单位,还是调整时间单位,最终都可以让光速成为一个整数。
那么问题来了,为什么不调整一下呢?
米制
事实上,这有个先来后到的问题。长度单位诞生得特别早,各国在很早以前都有了长度单位的统一,我们国家的秦朝时就统一了度量衡,这当中就有长度单位。
而如今国际上使用的长度单位“米”,是在在1799年开始使用的,是由法国率先提出的,这主要源自于法国推行的“十进制”系统,推行“米制”就有利于推广“十进制”系统的。(下图就是一个1800年的木刻画,这个木板画说明从1800年11月4日起,新的十进制量度单位会成为法国的法定单位)
目前,只有极少数的国家不使用“米制”,比如:美国。英国虽然官方承认了“米制”,但是民间还用得很少。也就是说,“米”的确立其实是在200多年前。
但是,光速的确立确实很晚以后的事情了。很早以前,伽利略就尝试通过实验来测光速,结果他失败了,毕竟光速一秒可以绕地球7圈半,以伽利略时代的技术根本无法测量。
到了19世纪的中叶,当时电磁学蓬勃地发展,人们通过理论可以得到光速的表达式:光速=1/ε0μ0。这个时候无论是理论计算,还是实际用实验测光速的结果都很接近于现在的光速了。
不过等到真正测到非常精确的光速是要到1950年前后了,后来,许许多多的研究所从各方面对光速进行测量,在1975年的第15届国际计量大会上,科学家建议把299,792,458 m/s作为光速的数值。
所以,你发现了没有?实际上,光速的具体数值一直要到“米制”提出后的200多年后才得以确定。所以,他是在米制的基础上测出来的结果,才会出现并非整数的情况。
光速的“反作用”
实际上,如果我们去看其他的重要常数,你就会发现都不是整数,比如:普朗克常数h= 6.62607015×1034 (J·s),再比如:万有引力常数 G=6.67259×10^(-11) m^(3)·kg^(-1)·s^(-2)等等,这些都是很不整的数。
但是,当这些常数被确定之后,它们开始“反作用”于目前的单位制度。现在国际计量大会对于常用的单位的定义是尽可能地使用这些抽象的常数。
就拿我们刚才说到的“米制”来说,以前用的就是实物,每隔一段时间,各国拿自己的标准器具去比对。而如今,米的定义也发生了变化。如果米的定义是:
(1/299,792,458)秒内,光在真空中走过的距离。
在这个定义之后,光速最终就被定格在了299,792,458 m/s。所以,“米制”和“秒制”一开始影响了光速的测量,后来光速反过来又影响了“米制”的定义。不仅“米制”发生了这样的变化,其他常用的6个单位的定义用都用抽象的常数来做定义了。