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光的速度是多少米每秒(光的速度是多少?)

光的速度是多少米每秒(光的速度是多少?)

题图来自Unsplash,基于CC0协议

本文目录

  • 1、光的速度是多少?
  • 2、光的速度是多少米每秒呢?
  • 3、为什么光速是299792458米每秒,而不取整3亿米每秒?
  • 4、为什么光速是每秒30万km而不是35万?是什么限制了光的速度?
  • 5、电的速度是多少?跟光传播速度一样吗?
  • 正文

    1、光的速度是多少?

    光是宇宙中跑得最快的东西,任何东西的速度极限都无法超越光速,但是光在不同介质下的速度也是不同的,在真空空光速最大,在真空空光的传播速度是299792458米/秒,而波动范围为:±100米/秒,一般取近似值为30万千米/秒,光速是一个物理常量,一般用C符号来表示,据爱因斯坦的相对论,没有任何物体的速度可以能超越光速,请关注:容济点火器

    光在空气中传输速度,要比真空的速度稍微低一点,可以根据公式来计算299,792,458/1.0008 = 299,552,816 米/秒,和真空中传播速度比较接近,所以在空气中传输速度也可以认为是C,目前光的最低速度是在氯化钠晶体里创造的,大概60千米/秒。光在介质中传播的速度是群速度c/n,也就是说,当光经过长度为L的折射率为n的介质,从入射开始,经过多长时间在另一端能接收到光能。以下是光在常见的介质中的传输速度:

    光在酒精中的速度:2.2×10^8米/秒

    光在玻璃中的速度:2.0×10^8米/秒

    光在冰中的速度:2.30×10^8米/秒

    2、光的速度是多少米每秒呢?

    光速 light,speed of 光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。

    真空中的光速 真空中的光速是一个重要的物理常量 ,国际公认值为 c=299792458米/秒。

    17 世纪前人们以为光速为无限大,意大利物理学家G.伽利略曾对此提出怀疑,并试图通过实验来检验,但因过于粗糙而未获成功。

    1676年 ,丹麦天文学家O.C.罗默利用木星卫星的星蚀时间变化证实光是以有限速度传播的。

    1727年,英国天文学家J.布拉得雷利用恒星光行差现象估算出光速值为c=303000千米/秒。

    1849年 ,法国物理学家 A.H.L. 菲佐用旋转齿轮法首次在地面实验室中成功地进行了光速测量 , 最早的结果为c=315000千米/秒。

    1862年 ,法国实验物理学家 J.-B.-L.傅科根据 D. F. J. 阿拉戈的设想用 旋转 镜法测得光速为 c =(298000±500)千米/秒。

    19世纪中叶J.C.麦克斯韦建立了电磁场理论,他根据电磁波动方程曾指出,电磁波在真空中的传播速度等于静电单位电量与电磁单位电量的比值,只要在实验上分别用这两种单位测量同一电量(或电流),就可算出电磁波的波速。

    1856年,R.科尔劳施和W.韦伯完成了有关测量,麦克斯韦根据他们的数据计算出电磁波在真空中的波速值为 3.1074×105千米/秒 ,此值与菲佐的结果十分接近,这对人们确认光是电磁波起过很大作用。

    1926年 ,美国物理学家 A.A. 迈克耳孙改进了傅科的实验,测得c=(299796±4)千米/秒 ,他于1929年在真空中重做了此实验,测得c=299774千米/秒 。

    后来有人用光开关(克尔盒)代替齿轮转动以改进菲佐的实验,其精度比旋转镜法提高了两个数量级。

    1952年,英国实验物理学家K.D.费罗姆用微波干涉仪法测量光速,得c=(299792.50±0.10)千米/秒。

    此值于1957年被推荐为国际推荐值使用 ,直至1973年。

    1972年 ,美国的 K.M.埃文森等人直接测量激光频率γ和真空中的波长λ,按公式c=γλ算得c=( 299792458 ±1.2 )米/秒。

    1975年第15届国际计量大会确认上述光速值作为国际推荐值使用。

    1983年17届国际计量大会通过了米的新定义 ,在这定义中光速 c= 299792458 米/秒为规定值 ,而长度单位米由这个规定值定义。

    既然真空中的光速已成为定义值,以后就不需对光速进行任何测量了。

    介质中的光速 不同介质中有不同的光速值。

    1850年菲佐用齿轮法测定了光在水中的速度,证明水中光速小于空气中的光速。

    几乎在同时,傅科用旋转镜法也测量了水中的光速,得到了同样结论。

    这一实验结果与光的波动说相一致而与牛顿的微粒说相矛盾(解释光的折射定律时),这对光的波动本性的确立在历史上曾起过重要作用。

    1851年,菲佐用干涉法测量了运动介质中的光速,证实了 A.-J. 菲涅耳的曳引公式。

    3、为什么光速是299792458米每秒,而不取整3亿米每秒?

    这个世界上的一切都有其固有规律,光速就是一种自然规律。

    世界由118种元素组成,以后可能还会发现新的元素,水是由氢氧原子组成,生命主要是由有机物组成,地球大约有了45亿年的寿命,围着太阳转一圈约365.25天等等,都是有定数的,这就是自然规律,你一定要问自然规律为什么是这样呀,那谁知道呢?

    人类只能认识规律,无法创造规律。这是唯物主义和唯心主义的根本区别。那些随意乱想,胡乱就想象创造一个伟大理论的民科,就无视规律,把几百年的科学发现肆意践踏,认为自己的臆想才是世界的真理。

    有人甚至认为思想意识超光速,想到100亿光年就到了100亿光年。还认为自己已经是“超人类”,至少是爬上了井沿的蛤蟆,那些坚持科学精神和科学方法的人都是井底之蛙,老拿人类的视角看问题,他们实在很是“超前”,都超前到不在人里面算账了。

    光速每秒约30万公里是许多人类精英和先驱经过百年测算得到的,准确的光速是299792458 m/s,也就是约30万公里。

    这么精确的光速是科学家经过几百年孜孜不倦的追求和实验得到的。早在1638年,现代科学的鼻祖伽利略就进行了世界上第一个测定光速的实验。

    那时候没有什么精密仪器,他用的是土办法。让两个人站在相隔1英里(1.609344公里)两个山顶上,各拿一个灯笼,第一个人举起灯笼同时开始计时,在另一个山头上看到第一个人灯笼第二人便立即举起自己的灯笼,第一个人看到第二人的灯笼后立即停止计时,这样就得到二零光传输两英里的时间,从而求出光的速度。

    可想而知,这种简陋的实验以及短距离和人类动作的误差,是不可能得到什么结果的。我们现在可以轻易的计算出光速走2英里的时间为11微秒,也就是10万分之1.1秒,人眼怎么能够反应出来呢?

    尽管如此,伽利略为测量光速开辟了先河,作为一个著名人士,引起了社会广泛关注。

    其后,丹麦天文学家奥勒·罗默通过观测木星和木卫一的“行星掩星”现象(这个现象也是伽利略发现的),并与太阳与地球位置变化关系结合起来,经过十几年持续不懈的观测计算,得到了人类历史上第一个科学测定的光速数据,推断出光速大约为220000千米/秒。

    虽然这个数据与光速精确的数据相去甚远,但科学界认为他的观测是非常科学的,只是当时数学计算水平的不足,才导致这样的误差。现在科学家们用他的方法得到的观测结果重新计算校正后,得到的光速数值是298000千米/秒,已经与现代精确光速数值非常接近了。

    罗默之后,光速测量很久没人尝试,沉寂了近两百年。1849年,法国物理学家阿曼达·斐索又开始了新的尝试,终于首次在地球上测量出了光速的近似值,得到了315000千米/秒的数值。它采用的设施是光源、旋转的遮板和固定在8公里距离的反光镜,方法和伽利略差不多,通过720个齿轮遮板旋转遮光,反射光回来的次数叠加计算。但由于遮板齿轮有一定宽度,影响了精确度。

    1862年,法国物理学家莱昂·傅科在斐索实验的基础上进行了改良,将旋转遮板换成了旋转的平面镜,这样远方的光在折返回来后搭载旋转镜面上,这样只要知道平面镜的转速,经过计算就能得到光速的值了。这次实验刷新了历史,光速值精确到了298000千米/秒。

    1926年,美国人迈尔克逊用傅科同样方法,只是将反射镜间距提高到了35公里,测得光速为299796千米/秒。这已经是人类用原始方法测得的最精确光速了,人们发现,如果只靠人类原始光学方法,就不能得到更精确的数据了。

    因此人们开始寻找更科学的方法。人们的视线开始从天空、原野巨大的空间测量方法转回到实验室里,在微小的电路板等光电器械中寻求更精确的数据。

    终于,1972年,美国科学家们利用激光干涉法测量出了最精确的光速,得到了光速为299792456米/秒,但却有一个1.1米的正负误差。

    这是将1束频率已知的激光分成两半,行走不同的路径,之后再被汇合,科学家们在观察干涉图样的同时调整路径的长度,就可以计算出精确的波长,从而得到光速。

    从理论上讲,这样测得的速度是不存在误差的,因此是最精确的。唯一不确定的是人们对长度单位“米”的定义细微的误差,因此这个正负误差1.1米的问题错不在光速,而是“米”。

    为了解决“米”的误差问题,1983年在第17届国际度量衡大会上,人们重新定义了“米”。

    将“米”定义为“光在真空环境下1/299792458秒内通过的长度”,这样一箭双雕的解决了长度的精确性和光速的精确性,长达300多年的光速测量画上了圆满的句号。

    如果你一定要把光速定为3亿米1秒也无不可,把“米”的尺度缩短就是了,那只是人类主观的一种尺度,光速还在那里,是不变的。

    所以光速就是这么得来的,它是自然界不以人意志为转移的客观存在,我们只能发现和利用它,不能创造和改变它。

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    4、为什么光速是每秒30万km而不是35万?是什么限制了光的速度?

    这个问题不够大胆,应该问,为什么光速不是无限快?

    因为无论光速是30万还是35万,都还是可以继续问,为啥不是40万公里云云。此外,还有一个注意事项,公里有多长也只是一个人为规定,如果换一种规定,光速的数字可能更大也可能更小,比如在欧美国家常用的英制单位,英里。1英里=1.6公里左右,如果用英里来表示光速那就连30万都没有了,大概只有 186,282英里/秒。

    所以,核心问题不是光速有多快,而是为什么它不是无限快?

    在地球上,我们觉得光速近乎是无限快的,但在浩瀚的宇宙中,光速就像乌龟爬一样缓慢,就拿最近最火爆的人类首张黑洞照片来说,这张照片拍摄的是远离地球或者太阳系大约5500万光年外的一个超巨型黑洞(65亿太阳质量),它位于M87星系的中心,5500万光年是啥意思,意思是我们看到的其实是这个黑洞5500万年前的样子!

    图示:严格地说我们看不到黑洞,我们看到的是聚集在这个黑洞周围旋转的气体,它们围绕黑洞快速旋转,在摩擦中产生出大量电磁波。

    光速在宇宙尺度下到底有多慢呢?

    有天文学家用了这样一个类比,假设把可观察宇宙(960亿光年)缩小到地球那么大,那么穿越整个银河系,也就大致相当于沿着街区走过三间房子的距离去探望你的邻居。然而,光竟然要走10万年时间才能完成这趟探望之旅!因为银河系的长度大约为10万光年,所以需要走10万年。

    现在我们转向更紧迫和困难的问题:为什么光速这么慢?

    答案是,我们不知道为什么它这么慢,至少到目前为止,我们不知道答案。但是,理论物理学家Gennaro Tedesco 提供了一个有趣的想法:虽然,我们生存的宇宙中,光速以现在这样的速度传播,看起来并没有任何道理或者限制着它不能更快,但目前为止它就只有这么快。

    但让我们假设一下,如果光速提高1000倍会如何?

    通过计算机模拟发现,这将意味着我们的电子产品的运行速度会因此更快,但同时也意味着我们的太阳将以比现在快得多的速度燃烧,快多少呢?快一百万倍,这意味着,地球会被烤焦,而太阳的寿命也将因此大幅度缩短。简单地说,目前的太阳系是非常不适合生命诞生的地方。

    图示:质量,能量和光速,通过爱因斯坦著名的质能方程关联在一起,所以光速的变化会带来宇宙的动荡。

    这项研究顺便回答了我上面的那个假设,如果光速无限快会怎么样?

    那么整个宇宙都将因此崩溃无法成行,没有恒星没有行星,没有我们所熟悉的宇宙。

    至于光速提高1000倍后,什么样的太阳系才适合诞生生命呢?

    我们现在也不是非常清楚这件事,很可能将不存在能够诞生生命的太阳系。这大概就是为什么我们生存在光速为大约30万公里每秒的宇宙中的原因。聪明的您可能看出来了,我在用人择原理解释这个问题,换句话说,如果光速发生巨变,那么我所熟悉的宇宙和生命可能也就消失不见,也就不会有人来问,为啥光速是30万而不是35万这样的问题了。:)

    当然,这样的回答有点像耍无赖,并且隐约指向上帝创世,因此有人提出了多重宇宙假说,在不同的宇宙中自然常数也不同,这其中自然也包括光速,可惜我们无法知道, 在一个光速巨慢或者巨快的宇宙,究竟是啥样子,毕竟我们现在的超级计算机模拟乃至我们对宇宙本身的了解还不够多不够深入彻底。

    注释:人择原理

    人择原理有多个版本,有强弱之别。据说最初它的表述是“自然定律惊人地适合生命的存在!”,这其中就暗含着光速,因为光速在多个物理公式中都是重要参数,比如著名的E = MC^2,

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    5、电的速度是多少?跟光传播速度一样吗?

    楼主的提问不是很严谨,通常说的电流的传导速率才跟光的传播速度一样。但不知楼主说的是不是此种。电流在形成的过程中共有3种速率,下面逐一讲解。

    1、电子热运动的平均速率

    首先说什么是热运动,其含义为分子做杂乱无章的无规则运动。那么电子在没有电场的导体中就做杂乱无章的无规则运动,由于热运动向各个方向的机会均等,故不能形成电流。温度越高,电子热运动越剧烈。电子做热运动的速率是 10^5 m/s 的数量级,这个速度对形成电流无贡献。

    分子热运动

    2、自由电子定向移动的速率

    这个我们要说到电流形成的过程:在导线中有电场时,自由电子受到电场力的作用,在无规则的热运动上叠加一个定向运动,因而产生电流。由电流定义:I=Q/t。假设导体单位体积中所含电子数目为n,电子所带电荷为q(=e),电子的平均移动速度为v,导体的横截面积为s,则在t时间间隔内,电子定向运动的距离为l=vt,体积则为V=svt。在这个体积内的粒子数目则为Q=nVq=nsvtq,从而有I=Q/t=nqsv。我们在说电流时往往狭义的专指自由电子的定向运动。金属导体中电流的微观表达式I=neSv,其中v就是电子定向移动的平均速率,其大小与导体两端电压、导体材料的性质及温度有关。其定向移动速率是 10^(-5) m/s 的数量级,这个速度是形成电流的。

    定向移动

    3、导体中建立电场的速率

    闭合开关一瞬间,电路中各处以光速建立恒定的电场,在恒定电场作用下,电路中各处的自由电子几乎同时开始定向运动,整个电路也几乎同时形成了电流。导体中以光速的快慢建立起电场,只是这些自由电子定向移动是非常慢的。导体中建立电场的速率也等于电流传导速率。这种在导体中信息传送速率,也可认为等于光速。其数量级为10^8 m/s。

    信息传输

    举一个比较容易理解的例子:一条很长的大街上有非常多的人在行走,由于各人的行走方向杂乱无章,所以不能形成“人的定向移动”。当某个指挥者一声令下,全部人同时往一个方向“定向移动”,但各人的行走速率很小的,只是这个“定向移动”在极短时间内就由无到有了。那么杂乱无章说的就是电子的热运动,列队整齐定向移动则为自由电子定向移动的速率,实施号令的信息传输则为导体中建立电场的速率(电流传导速率)。

    希望上面的讲解对楼主有所帮助。