這個(gè)問(wèn)題我已經(jīng)說(shuō)過(guò)多次了，看到還有很多人迷茫不解，就再簡(jiǎn)單說(shuō)一下。最簡(jiǎn)單明了的答案就是：光速不是計(jì)算出來(lái)的，而是測(cè)量出來(lái)的。當(dāng)然這個(gè)測(cè)量里面也有計(jì)算，但所有的計(jì)算都是以測(cè)量數(shù)值為準(zhǔn)。

為了測(cè)量到準(zhǔn)確的光速，科學(xué)家們前赴后繼了幾百年，一次比一次精確，最終通過(guò)激光波長(zhǎng)和頻率測(cè)量，測(cè)得了最精準(zhǔn)的光速。

最早測(cè)量光速的先驅(qū)

測(cè)量光速最早是由偉大的科學(xué)先驅(qū)伽利略提出并實(shí)踐的。但當(dāng)時(shí)沒(méi)有很好的測(cè)量設(shè)備，當(dāng)然就測(cè)不準(zhǔn)了。伽利略采用什么方法呢？原來(lái)他讓兩位助手，分別站立在距離1英里的兩個(gè)山頭，各自提著一個(gè)燈籠，采取分別舉起，用秒表計(jì)時(shí)的辦法，想要測(cè)量出光速。

具體的方法就是a山頭的助手舉起燈籠同時(shí)按下秒表，當(dāng)b山頭的助手看到a山頭助手舉起燈籠時(shí)，自己立即舉起燈籠，a山頭的助手看到b山頭助手舉起燈籠后立即按停秒表，理論上，這樣就能夠得出光線來(lái)回a、b兩個(gè)山頭的時(shí)間。

這個(gè)想法沒(méi)有錯(cuò)，錯(cuò)在光速太快了，這種簡(jiǎn)單粗暴的方法當(dāng)然連光速毛都摸不著。光速每秒約30萬(wàn)千米，兩個(gè)山頭只有約1.6千米，來(lái)回一趟也就是3.2千米，光速來(lái)回只需約十萬(wàn)分之一秒。人的眼睛和按秒表的手怎么可能有這么快呢？說(shuō)穿了，就是這點(diǎn)時(shí)間人眼和人手根本沒(méi)辦法分辨和反應(yīng)，因此，這個(gè)實(shí)驗(yàn)當(dāng)然只有失敗了。

實(shí)驗(yàn)雖然失敗了，但依然有非凡的意義。首先是伽利略質(zhì)疑光是有速度的，打破了禁錮人類(lèi)幾千年的光速無(wú)限論；其次為測(cè)量光速開(kāi)了個(gè)頭，憑著伽利略的世界影響，測(cè)量光速啟發(fā)了后續(xù)的許多科學(xué)家。

從機(jī)械測(cè)量到精密儀器測(cè)量

自從伽利略測(cè)量光速后，幾百年來(lái)許多科學(xué)家們采用各種方法，希望得到光速的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。這些科學(xué)家包括并不限于牛頓、惠更斯、卡西尼、斯特魯維、麥克斯韋、費(fèi)羅姆等等，今天只粗略列舉幾位起到最重要關(guān)鍵作用的人物。

最早首次用科學(xué)方法證實(shí)光速有限，并定量估算出光速值的是丹麥天文學(xué)家?jiàn)W勞斯·羅默。1676年，羅默利用觀測(cè)木星衛(wèi)星木衛(wèi)一在木星圓面上的投影周期變化，得到光速為每秒22萬(wàn)千米。這個(gè)數(shù)值顯然與現(xiàn)代光速精確值相去甚遠(yuǎn)，后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)羅默的方法是精確的，只是當(dāng)時(shí)羅默對(duì)太陽(yáng)光跨越地球的時(shí)間計(jì)算錯(cuò)誤，導(dǎo)致光速計(jì)算誤差。

后來(lái)人們得到了太陽(yáng)光跨越地球的準(zhǔn)確數(shù)值，再用羅默的方法，得到的光速與現(xiàn)代精確值很接近。1728年，詹姆斯·布雷德里同樣用羅默的方法觀測(cè)，得到的光速數(shù)值為298000km/s（千米/秒），與現(xiàn)代精確光速值只相差不到1%。

1849年，法國(guó)物理學(xué)家菲佐用旋轉(zhuǎn)齒輪法首次在地面實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量出光速為315000km/s；1862年，法國(guó)物理學(xué)家傅科將菲佐的旋轉(zhuǎn)齒輪法改進(jìn)為旋轉(zhuǎn)鏡法，得到光速為298000（±500）km/s；1926年，美國(guó)物理學(xué)家邁克爾遜又改進(jìn)了傅科的實(shí)驗(yàn)，測(cè)得光速為299796（±4）km/s；1952年，英國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家費(fèi)羅姆采用微波干涉儀法測(cè)得光速為299792.50（±0.10）km/s。

至此光速值已經(jīng)很精確了，被推薦為國(guó)際通用，一直到1973年。1972年，美國(guó)人埃文森通過(guò)直接測(cè)量激光頻率和真空中波長(zhǎng)，再根據(jù)公式v=1/√μ0ε0計(jì)算出光速。這里的v表示真空電磁波速度（光速），μ0表示真空導(dǎo)電率，ε表示為真空介電常數(shù)。這樣得到的光速值為299792458±1.2m/s（米/秒）。

這已經(jīng)是光速的標(biāo)準(zhǔn)值，被1975年15界國(guó)際計(jì)量大會(huì)確定為國(guó)際推薦值，世界通用。但這個(gè)數(shù)值還有個(gè)±1.2m的誤差或者不確定性，這是為什么呢？

是因?yàn)槊撞皇前凑展馑賮?lái)定制的。

就像一個(gè)人的身高被測(cè)量為1.78m或1.65m，這只是一個(gè)大致值，并非精確值。因?yàn)檫@個(gè)值的精確度只是取到cm（厘米）級(jí)，而厘米以下還有mm（毫米），毫米以下還有μm（微米）、nm（納米）、pm（皮米）、fm（飛米）、am（阿米）等等，無(wú)法窮盡，一直到普朗克尺度1.6*10^-35m。

這樣如果要用高精度儀器測(cè)量一個(gè)人的身高，后面的小數(shù)就很多很多，不可窮盡。這就是因?yàn)閙這個(gè)單位不是按照人體定制的。同樣當(dāng)時(shí)的米單位也不是按照光速定制的，光速就不可能成為一個(gè)正整數(shù)。

那么米是一個(gè)什么單位呢？原來(lái)最早1米的長(zhǎng)度是按照從地球赤道通過(guò)巴黎子午線到北極的距離，取其千萬(wàn)分之一確定的，也就是說(shuō)1米是地球赤道通過(guò)巴黎子午線到北極的直線距離的1千萬(wàn)分之一。這樣以地球表面距離確定的1米怎么可能正好會(huì)與光速成整數(shù)呢？

為了將光速定義為一個(gè)正整數(shù)，也為了讓“米”這個(gè)長(zhǎng)度單位有更準(zhǔn)確的定義，在1983年17屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上，決定將米重新定義為：光每秒在真空中行進(jìn)的1/299792458。這樣米再也不是根據(jù)子午線長(zhǎng)度來(lái)定義了，而是與光速合為一體，從此光速也就成為了c=299792458m/s這樣一個(gè)正整數(shù)。

秒的定義也需要精確

現(xiàn)在問(wèn)題又來(lái)了，以上光速的定義值是“每秒”在真空中行進(jìn)的距離，那么這個(gè)“每秒”又怎么定義呢？在我們?nèi)粘Ｉ钪校幻刖褪恰暗未稹币幌?，覺(jué)得沒(méi)什么大不了的，但在光速的行進(jìn)中，這個(gè)“滴答”稍有差池，就會(huì)相差萬(wàn)里，這就是科學(xué)與我們?nèi)粘Ｉ畹牟煌?，這種不同用“吹毛求疵”來(lái)形容都差遠(yuǎn)了。

為了讓光速更精確，時(shí)間和尺度更統(tǒng)一，2019年5月20日，根據(jù)第26屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定，米的定義更新為：當(dāng)真空光速c以m/s為單位表達(dá)時(shí)，選取固定數(shù)值1/299792458來(lái)定義米，而其中的“秒”則以銫原子頻率ΔνCs來(lái)定義。（上圖：銫原子鐘）

銫原子頻率約為：9.19×10^9/s，現(xiàn)在1秒的定義為：銫-133原子基態(tài)的超精細(xì)能級(jí)之間的躍迀，所對(duì)應(yīng)輻射9192631770個(gè)周期所持續(xù)的時(shí)間。這樣，我們了解光速的定義就成了銫原子振動(dòng)9192631770個(gè)周期持續(xù)時(shí)間，光在真空中行進(jìn)299792458m。

現(xiàn)在光速已經(jīng)成為物理常量，不再測(cè)量更改了。

既然光速和米已經(jīng)成為相互印證的精確值，國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定，今后真空光速就成了一個(gè)常量定義值，不再更改了。因此，現(xiàn)在的光速當(dāng)然就成為一個(gè)正整數(shù)了。但還有網(wǎng)友不甘心，認(rèn)為既然光速弄個(gè)正整數(shù)，為啥不弄個(gè)更“整”的數(shù)值，如300000km/s呢？

如果要弄，當(dāng)然可以，但這樣一來(lái)，米的定義就要放大許多了，對(duì)于人們用慣了的米尺和所有的歷史關(guān)于尺度的記載，就都要推倒重來(lái)了。而現(xiàn)在的調(diào)整，只是科學(xué)領(lǐng)域很細(xì)微的調(diào)整，1米與過(guò)去1米幾乎看不出任何相差，完全不影響民間和歷史度量的應(yīng)用。

當(dāng)然，如果一定要吹毛求疵，現(xiàn)在的米測(cè)量人依然只是一個(gè)大致值，因?yàn)槊撞皇前凑杖说母甙珌?lái)確定的，這下各位明白了吧？看了這篇解釋?zhuān)€會(huì)有人問(wèn)“為什么人不是1米或兩米高，一定要弄個(gè)1點(diǎn)幾米”諸如此類(lèi)的問(wèn)題嗎？那就以后再回答了，哈哈~

感謝閱讀，歡迎討論。

時(shí)空通訊原創(chuàng)版權(quán)，侵權(quán)抄襲是不道德的行為，敬請(qǐng)理解合作。