法拉第用电场和磁场概念解释静电力和磁场力,表明光会受到磁场影响,从而证实了可见光就是电磁波谱中的一部分,而不可见光部分的微波、红外线、紫外线、X射线、γ射线的传播速度与可见光是一样的;后来麦克斯韦、R·科尔劳施和W·韦伯等完成了电磁波速度测量,与菲佐对可见光测量的速度相近。随着现代科学仪器的日益精进,1952年,英国科学家费罗姆用微波干涉仪法测量光速得c=299792.50±0.10km/s;1973年,美国的K·M·埃文森等人直接测量激光频率ν和真空中的波长λ,通过公式(c=vλ)计算,得到光速c=299792458±1.2m/s的精确值,这种方法得到的光速值已经是理论上最精确的了,以后也不可能再精确了。

但这个精确值依然有一个±1.2m/s的误差,这个误差约0.004ppm,也就是十亿分之四,这是为什么呢?因为米的定义与光速完全无关,就无法得到光速的正整数。“米”的定义起源于法国,是1789年法国大革命后的产物,此后“米”作为一种国际度量衡尺度单位,被世界广泛使用。1792~1799年,法国天文学家捷梁布尔和密伸带领一个团队,对法国敦刻尔克至西班牙的巴塞罗那进行了测量,根据测量结果,以通过巴黎的地球子午线全长的四千万分之一作为1米的长度,并制定了一根3.5毫米*25毫米截面的铂质长杆,两端距离定为1米,称为“档案米”,交给法国档案局保管,这就是最早的米原器。

这种米原器要在恒温恒压条件下(0℃和1个标准大气压),才能够基本保持原样,但由于变形和刻线工艺,误差是难免的。这点误差对于我们日常生活来说,影响不大,但作为一种世界标准,就很难在不断地复制中保持原样了。于是经过多次改进,人们采用元素谱线作为米的定义,如在1960年国际度量衡大会上,确定了米的长度为:“氪-86原子的2P10和5d1能级之间跃迁的辐射在真空中波长的1650763.73倍”。

后来又改为更稳定的激光为准,这样“米”就十分精确了,既不变形,也容易复现。但此时,米的定义依然是以子午线的长度比例来计算的,与光速无关,这种定义的“尺子”是无论如何也不可能测量出光速的整数的,后面将有无法穷尽的小数。因此,如不改进测量尺度,光速就永远也不会有一个正整数。修改米的定义和秒的精确度,从此光速成为一个标准整数。

为了让光速成为一个整数,同时又能够让米成为更精确的国际尺度,1983年国际度量衡大会上,重新确定了米的定义,将1米定义为“光在真空中行进1/299792458秒的距离”。这个定义,既解决了光速的整数问题,又更精确了米的定义。这实际上是一个双赢。虽然是将“米”的定义迁就了光速,让米以光速的整数进行了修正,这样,为适应光速成为整数,米的长度变动了约十亿分之四。

但这点修正,对人类使用米这个国际公制单位影响微乎其微。由于光速极限和恒定等性质,用光速来确定米的长度,让“米”从此更精确永不变动了。现在的米是根据光速确定的,而光速是米的正整数。这里面,确保这个标准精准性的另一个度量衡单位,就是时间“秒”。如果这个“秒”不准,尺度就会不准了。1秒只要误差一点点,光速走过的路程就会相差很大了。

现代国际标准时钟的精度。现在国际标准时钟用的是原子钟,1秒定义为:“铯-133原子基态的两个超精细能阶之间跃迁时,辐射电磁波周期的9192631770倍”。也就是铯-133原子每秒钟振动频率达到9192631770次,振动这些次数就计时1秒。这种原子钟有多精确呢?较为低级的约30万年误差1秒,高级一点的600万年才会误差1秒,最高级的达到3000万年误差1秒。

科学家们并不满足这种误差,正在研制的光钟,是采用光波段的振动频率,世界各国正在研制的光晶格钟就是光钟的一种。这种光钟的误差可以小到160亿年1秒,也就是说这种光钟如果从宇宙大爆炸那一刻开始计时,到现在也不会误差1秒。由此我们可见现在“米”的精准度有多高,光速的精度有多高。看了光速测量和确定的过程,不知道那些老质疑光速准确性的人们作何感想,会放弃自己的错误观念吗?光速为什么不弄成300000000m/s?光速c=299792458m/s已经是一个正整数了,但有些网友对这种数值依然很不满意,认为弄这么多数字谁记得住啊,怎么不弄成每秒300000000m/s这样的整数呢?这样岂不方便了很多吗?这些科学家为啥就不与人方便与己也方便呢?其实这是完全违背基本逻辑常识的想法。

因为光速客观上就是这个速度,怎么能够随意更改呢?如果要把“米”改成光速行进1/300000000秒的长度这么个定义,那么过去的1米的长度就要减少约0.07%,每米就比过去短了0.7毫米。虽然看起来也不多,老百姓在生活中测测身高,量量土地房屋影响不大,但在科研和一些具有高精密度要求的场合,影响就会很大了。

如果不改动米尺,就需要修改光行进的时间或“秒”的定义,光行进300000000米需要1.0006922855944561487267301434248秒的时间,这样如何表述呢?而秒的长度是根据每天24小时,每小时3600秒来确定的,要改动的话牵一发动全身,是不可能的。由此,光速按照过去“米”的长度,将测得的精确值米以后的小数去掉,修正“米”的长度与光速整数相对应,修正的误差范围只是在十亿分之四以内,这应该是一个最好选择,所以现在的光速精确值就为c=299792458m/s。

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