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为何光速是这个取值?
发布日期:2022-05-19        来源:新浪科技
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  我们都知道光速是每秒299792458米,但光速为何偏偏是这个值、而不是其它数字呢?我们为何又对这种电磁波的速度如此关注?为何光速会成为物理学的重要基石?这都是因为,光速其实颇为古怪。

  第一个意识到光有速度的人是一位名叫奥勒·罗莫的天文学家。在17世纪末时,他对木卫一的一些奇怪行为产生了强烈兴趣。每隔一阵子,木星就会挡在这颗小小的卫星前面,使之暂时从我们的视野中消失,但这种现象发生的间隔似乎会在一年之内不断变化。看来要么是木卫一的轨道有什么奇特之处,要么是另有原因。

  只有光速是有限的,才能解释木卫一被木星遮挡的时间间隔会不断变化的现象。

  在接下来的几个世纪里,人们开展的持续观测不断巩固了对光速的测量结果。但一直到19世纪中叶,物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在无意间“发明”了光,系统性理论才开始形成。

  麦克斯韦在计算这种所谓“电磁波”的传播速度时,得到的数据竟和科学家们几个世纪以来测得的光速数值相同。由此可见,光正是由电磁波构成的。

  那么,这两个概念怎么可能联系在一起呢?

  爱因斯坦的理论并未指明这个数字究竟是多少,但当他将广义相对论套用到麦克斯韦方程组中时,发现这个转化率恰恰就是光速。

  但为什么偏偏是这个数字、而不是其它随便的某个数字呢?为什么大自然偏偏选了这一个?究竟发生了什么?

  说到底,数字本身其实并不重要。毕竟它是有单位的:米/秒。在物理学中,任何带单位的数字都可以改变取值,因为我们首先要对它的单位进行定义。例如,要想以“米/秒”的形式表达光速,首先要决定“一米”和“一秒”究竟意味着什么。因此,对光速的定义是与对长度和时间的定义紧密相连的。

  所谓的“精细结构常数”就是这样一个例子,它是光速、普朗克常数、以及自由空间磁导率的结合,约等于0.007。0.007后面没有单位,只是一个纯粹的数字。

  那么,为何精细结构常数偏偏是这么个数字呢?好问题,科学家们也不知道。


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