光速過於取整了嗎?是不是太巧合了?


來我來給你梳理一下

  1. 光速這個數值和「米」、「秒」這兩個物理量的定義有重大關係。如果1米的定義縮短一半,那麼光速就是6*10^8m/s了。如果1秒的定義延長1倍,那也是相同效果。

  2. "1米"最初的定義是北緯30度海平面處周期為2s的單擺的擺長,後來被替換為通過巴黎的那一根經線的長度的兩千萬分之一
  3. "1秒"最初的定義就是一天的86400分之一

聽了上面的定義之後,你覺得「光在一天的86400分之一的時間內走過兩千萬分之299792458個地球經線的長度」這句話里的299792458數字有任何的神秘感嗎?

這就是一個純粹的巧合!地球胖一圈,或者自轉慢一點,或者人類腦抽了突然討厭24和60這兩個數字,那麼299792468這個數字立刻就變了。

當然,這是以前,現在的單位制又重新定義了。現在一米直接被定義為光在真空中傳播一秒的路程的299792458分之一,這個數字直接寫在了定義里。你測出來的如果不是這個數,那麼是你的儀器有問題需要調校。


贊同這個匿名用戶的回答,就是因為人類會以各種方式尋找「巧合」,實際上「巧合」沒有那麼罕見。

xkcd: Approximations


阿伏伽德羅常數是6.0221	imes 10^{23}mol^{-1}

電子的質量是9.109	imes 10^{-31}g

太陽半徑是6.955	imes10^5km

絕對零度是-273.15^oC等等

它們都很接近整數啊!

如果你搜羅一堆教科書上的常數,如果它們是隨機創造出來的,那麼有1/5的十分位是0和9,3/5概率的百分位是0,1,2,7,8,9。這樣3/25的概率也是挺可觀的啊

但是你要是問一個,比如為什麼精細結構常數是frac{1}{137.03599976}, 質子電子質量比是1836.1515, 姿勢水平也許會比較高一些.


看不起無腦嘲諷的。

米」的定義起源於法國。1米的長度最初定義為通過巴黎的子午線上從地球赤道到北極點的距離的千萬分之一。但是這個數據的測量是很難確定的,或者說極易出現誤差的,事實也確實是這樣。

那個時候為了統一度量,法國人還做了米原器,就是很難變形的一根金屬作為米的標準,各國來對比統一米誤差,但是基於當時的技術,以及溫度,濕度, 氣壓,氧化等等,這個原器本身也不準啊。

後來人們發現了光速不變,剛好巧合的是這個早期的米,數值很接近光速的三億分之一。

要知道光速是亘古不變且不受外界因素影響各地都可以自己確定的,所以後來就把米定義改成了光的三億分之一(29979 2458)。

PS光譜定義(子午線到光速之間定義的多次變化)

19世紀末,科學家在實驗中找到了自然鎘(Cd)的紅色譜線,具有非常好的清晰度和復現性,在15攝氏度的乾燥空氣中,其波長等於y=6438.4696×10

-10

米。1927年國際協議,決定用這條譜線作為光譜學的長度標準,並確定1米=1553164.13y Cd,人們第一次找到了可用來定義米的非實物標準。

科學家繼續研究,後來又發現氪(

86

Kr)的橙色譜線比鎘紅線還要優越。1960年,在第十一屆國際計量大會(CGPM)上,決定用氪(

86

Kr)橙線代替鎘紅線,並決定把米的定義改為:「米的長度等於氪-86原子的2P10和5d1能級之間躍遷的輻射在真空中波長的1650763.73倍」。這一自然基準,性能穩定,沒有變形問題,容易復現,而且具有很高的復現精度,相對誤差不超過4×10

-9

,相當於在1千米長度測量中不差4微米。[7][9]

20世紀60年代以後,由於激光的出現,人們又找到了一種更為優越的光源,用激光代替氪譜線,可以使長度測量得更為準確。只要確定某一時間間隔,就可從光速與這一時間間隔的乘積定義長度的單位。[6]

最終定義

20世紀70年代,光速的測定已非常精確。1983年國際度量衡大會(CGPM)重新制定米的定義,「光在真空中行進1/299 792 458秒的距離」為一標準米。


光速的精確值是299792458m/s,即2.99792458×10^8m/s,也沒有很整,有9位有效數字。

看了題主的補充,似乎明白題主想問什麼了。不錯,在米採用現在這種定義之前,光速確實是有誤差的,但這個誤差至少也是個位之後(因為299792458這個數已經精確到了個位)。換句話說,光速幾乎不可能在299792457m/s~299792459m/s這個範圍之外。(當然如果你硬說歷史上的光速測量實驗都有嚴重錯誤,光速的真實值真的是300000000,那理論上也不是不可能,但是討論這個就沒意義了。)

如果你還想問為什麼剛好是299792458,這麼接近300000000?那隻能說巧了。如果採用299792458進位,還剛好是10呢。


原本以為這個問題會有很好的答案。

但是看了看大多數答主的答案。我發現你們完全沒有理解題主的意思,定義當然誰都知道,否則光速也不會是一個精確值。

題主的意思是為何光速很接近3*10^8m/s。這才是題主的意思。這個問題其實真是純屬巧合。最早定義的就是地球周長的四分之一的一千萬分之一是一米。所以說你會發現地球的周長也就成了四萬千米,也是個整數。

所以沒那麼多原因,只能說是巧合。

真正因為定義而導致的比較有意思的是π^2=g。這是定義導致的,而不是巧合。


題主,你要理解知乎里的人大都是偏才,不是全才,比如懂得光速和米的精確定義,卻缺乏讀懂題主題意的能力。君不見好多題主提出的問題下面都有洋洋洒洒闡述了與題主問題互不相干的回答?那些都是怪才。好了,我來回答題主的問題:光速這麼靠近30萬整數值是巧合,因為最初定義米的時候,人們還不知道光速,而米的定義起初完全不涉及光速,是後來才湊合的,這種物理量如此接近整數是極其罕見的,但確實是巧合。

補充:定義米的時候,光速測定還非常不精確,大概是21.5萬千米/秒,直到米定義後的60年,光速測試值還是31.5萬多一些,而米一直是現在這個長度左右,改變得非常少,而光速卻逐漸逼近了29979...


並非巧合,也沒那麼整。

下面是維基百科上的描述,我覺得已經100%可以回答你的問題了,再多說一個字都是多餘。

1米的長度最初定義為通過巴黎的經線上從地球赤道到北極點的距離的千萬分之一。其後隨著人們對度量衡學的認識加深,米的長度的定義幾經修改。從1983年至今,米的長度已經被定義為「光在真空中於1/299792458秒內行進的距離」。


我感覺好多人沒抓住重點啊,米的定義曾經與光速無關,光速起初被測量時是有小數點的,但是後來米的定義變成了1/299 792 458光一秒走過的距離,從此光的速度是個絕對整數,就是299 792 458m/s,光速測不準其實對米的長度沒有影響,問題是…光速已經是個常數了…你測光速沒用啊,你要用光速定義米,可能你拿到的米尺不對,但是跟光速沒關係。

…題主問的確實不清楚


被取整掉的那部分也夠大了……


自然單位制光速還等於1呢


確實很巧合。

但考慮到所謂巧合數字實際上比例很高,所以總體來說也只是很巧合。

具體可以參考幾位大神的回答,畢竟這個問題要仔細回答也不是太容易。

另外,從答題情況來看。知乎自認為聰明的人和理解力有問題的人實在太多了,至少比我想像的要多很多。還什麼1分鐘等於60秒類比,不嫌丟人啊


光速用幾進位可以表現為整數? - 知乎用戶的回答 - 知乎


題主你發現了一個可怕的事實,那就是我們生活在一個虛擬世界,管理員們時刻監視者我們並清洗那些容易引起社會不穩定的破壞分子。

當年普羅米修斯試圖告訴其他人一些可怕的事實,結果被吊在山上飽受苦難;

後來阿基米德被謀殺了;

伽羅華也死了;

牛頓發現自己走在死亡邊緣,趕緊改邪歸正保住一命;

愛因斯坦要違心的說管理員不扔骰子。

題主你知道為什麼搜遍網路都找不到關注這點的人嗎,因為他們要麼死了,要麼閉口不言;而且些群起攻擊題主的都是管理員派來的水軍。

題主,你要堅持尋找真相,你是人類的希望~~~

另外我要冒死再透露一點,那就是一分鐘剛好是60秒,一秒也不多……


要不換成英里?


因為現行 1m 的定義就是光在真空中 1/299792458s 的傳播路程。


2017年2月2日更新

寫在最前面:

  原問題描述里有一句長度佔了超過總體50%的句子,寫的是「雖然光速精確到小數後無數位後光速可能是29.99萬公里/秒,但是很可能因為我們現在所不能預期的或無法理解的各種因素的影響導致測量不準確,也許光速就是30萬公里/秒」,從這句話里可以看出,憑題主對光速和米的關聯的了解,僅僅回答一句巧合是遠遠不夠的,所以我詳細講述了二者的關聯始末,但卻由此在評論里出現了大批說我答非所問的人,不論我如何在更新里進行更詳細的補充解釋,也依然有這樣的人陸續出現,我對此深感遺憾。聰明人自有評判,於此不再贅述,此答案不再更新。

-

光走一米的路程當然是整數,

因為一米這個單位就是用光速定義的

先說點閑話。高中學習各種知識的時候,有一個大家都公認的面對疑問解釋的態度,就是當學生在問為什麼時,老師如果說這個是定義的,好,那就沒有為什麼,記下來就好了。

你們感受一下——定義的東西你還說什麼為什麼?

好言歸正傳。

做一個顯然的推導:

因為:

  一米的定義光在一秒內行走的路程的X分之一。這個X的數值我們人類定義為299792458。

所以:

  光的速度為一秒鐘299792458米。

有人說:「喲,剛好是個整數?」

廢話啊,你定義X的時候X就是整數。

誰也不會那麼無聊非要定個299792458.2333分之一,這不給自己添堵么?

還有沒轉過彎來的?

真拿你們沒辦法,舉個例子吧:

假設人類現在定義「一米的長度」是光在一秒內行走的路程的3分之一

那麼,現在光速是多少?

3米/秒

不用多說了吧?

隨手再答幾個可能的疑惑:

有人又問了:為什麼要按光行走一秒的X分之一來定義?

因為光速是不變的,它最牛逼,我們拿它來定義東西可以比鑽石還恆久遠。

問:那為什麼選擇299792458這個數字?

發現這樣搞出來的長度還挺適合日常使用的?(誤)

其實是因為原先很早以前我們就有一個一米的定義,大家用習慣了這個長度,但是這個米的定義方式決定了它並不是特別的精確(一會兒定義是地球子午線的幾千萬分之一的一會兒又定義是什麼元素放電波譜長度的多少倍),所以想換成光速的X分之一就特別准了,於是就鼓搗出來這個299792458,發現按這個算的話和原先粗略定的1m長度並沒有差多少,就定義下來了。

沒問題了吧?

撤了。

-

2017年2月1日

更新:

評論區有人說題主實際問的是:為什麼299792458這個數字那麼接近300000000?

痛心到昏厥。

這個問題我都不想特意提出來回答,或者說其實我已經回答了——明明白白的前因後果都寫在前面了,難道大家就沒有一點基礎的思考能力嗎?一個如此顯然的問題,因為我沒有特意說出來,就有人在評論說我答非所問、驢唇不對馬嘴???你的邏輯是把菜肴做一桌擺你面前還不夠,如果不把碗端你嘴邊喂你吃就等於做了一桌的糞便?

老樣子說完閑話再回答問題。

對,還答,你們林老師就是這樣刀子嘴豆腐心。

咱先不說這個數字到底巧不巧了,我是覺得299792458跟300000000要說一句好巧都有點勉強,你仔細看看,我要換成299692458你覺得還巧不巧?

——巧嗎?那再改一個,299592458還巧不?

——巧?反正只要2.99不動後面怎麼改你都說巧咯?怎麼改你都說巧的事情,還算巧嗎?

知乎提倡先問是不是再問為什麼,我個人是覺得不巧的,又不是299999999。所以我覺得這問題很無聊。現在退一萬步講,就算真是299999999,想一想它的緣由,也覺得那這事兒就確實是巧合,依然沒啥意思。

又說閑話了,嗨呀來來來,都過來,開講了。

這個數字怎麼來的,我再特么給你們仔仔細細把這一米的前世今生過一遍。

1790年,一群科學家想搞個大新聞,認為地球是不會變的,地球賊牛逼,把地球子午線長度的四千萬分之一定為一米,一看,這個長度就很適合日常使用,科學家們高興,好!給全人類搞了個好東西出來,鼓掌,蠻得意的。

好傢夥,當即量了距離以後,拿鉑造了個標準米尺的金屬棍:「今後都以此為準啊!」這麼嚷嚷著,精心保存了起來。

其他國家見了:好!這個主意棒,咱們大家統一一下,以後也都用這個標準吧。

可沒幾百年,大家忽然發現前面的科學家可能是智障——我全世界都跑去你那邊捧著根破棍子校正長度,費不費勁兒?

別人不碰它,小棍兒自個兒在那還熱脹冷縮的,得定個在0攝氏度下才能丈量的規矩,真行。

人說那你意見這麼大,不然大家一人複製一根回去耍著玩吧。可問題又來了,要萬一這玩意偏差一丟丟,到底以誰為準?要是瑞典搞一個,中國搞一個,二者的標準米尺差了一丁丁點,以後中國產的精細玩意兒瑞典那邊還敢用嗎?說誇張點,一米八九的中國小伙兒到瑞典那人家非說他一米五這不得揍起來?就更別說納米級別的工藝製品國際上互通的問題了。

(後來發現這破玩意兒比定義的四千萬分之一還短了0.2毫米)

於是大家說不行不行,你那方法落後了,咱們換一個。

1960年,商量了一下,覺得同位素氪86這傢伙賊牛逼,狀態穩定,強。討論一下,按原先定好的尺寸對照著給整了個同位素氪86氣體在放電時產生的橙色光譜波長的1650763.73倍作為一米。

大手一揮,大家以後要校正標準的話自己拿氪86鼓搗就行,不用滿世界跑著找小鉑棍了,世界一片鼓掌叫好。

再一看,丈量起來十億分之二的誤差,突破歷史,舉世盛讚,科學家:還行還行。

1983年,大家終於發現其實還是光速最牛逼。

第一是光速在真空中速度不變,你看別的玩意兒還各種毛病呢,第二是現在激光的單色性賊穩,好測量,強,無敵。

於是按原先定好的尺寸給整了個光在真空中行走一秒路程的299792458分之一為一米。

這方法可以精確到0.001微米,是頭髮直徑的十萬分之一。這厲害壞了,老鐵們雙擊666,沒毛病!所以至今沿用了下來。

可算把前情提要給講完了,做個總結。

綜上,光和米的前世今生為:

(一米前世)地球子午線的四千萬分之一

      差不多等於

(一米今生)光在真空中行走一秒路程的299792458分之一

所以歸根究底,這個鍋得由當初覺得地球牛逼的那批科學家來背,都是他們乾的。

再要甩鍋只能甩給地球了,——它憑啥長這麼大?要是再憋著長小一些,剛好它子午線的四千萬分之一等於光走一秒路程的300000000分之一,那可多好?

傻逼地球!

必須強調一遍,是因為當初這批傢伙把一米定了個子午線的四千萬分之一,才有了現在一米等於光速一秒路程的299792458分之一。如果當初他們轉念一想,定成個三千萬分之一,那這個數字就會變成224844343.5。

還巧合嗎寶貝兒???

嗯???????

覺得有意思嗎?????

好玩嗎?????????

還不說299792458看起來也不整好嗎???

你們問了半天都在說個什麼玩意兒啊???

讓我消消氣。

看看下一位熱心觀眾的問題是什麼冷靜一下吧。

「林老師林老師!為什麼之前那個氣體的方法里1650763.73倍不是一個整數,而最終用光的方法卻是一個整數呢?」

這個事情其實很顯然的,是不是整數這事兒其實本質上得看我們有多精準的要求,以及丈量物的尺寸

你看比如一隻成年大象的身高,精確到厘米級別的話,我們說他有二點几几個人那麼高,也可以說它有五百多(某個整數)只螞蟻這麼高。

所以什麼意思?——在如此高精度的要求下,氪86的波譜長度不夠短嘛。你看它要是再短個100倍,就可以說它的165076373倍等於一米咯,不也是個整數咯

「哦……老師老師!那這個氪86波譜長度為什麼這麼長呀?」

去你媽的!

這題我不答了!

「那光速為什麼是這個速度而不是別的速度呢?」

不知道!!!

(摔門)

下課。

-


方便做量綱估算

方便說成三十萬公里每秒

如果不這樣約整,要考相對論的省份凡涉及相對論因子,非知識性失分會很多

不用替真的搞科研的人擔心這個問題,他們搞問題的時候該用什麼數自己是很清楚的。。


補充:第一,樓主問的問題根不具有一個問題的良好形式,即使有,應該對應回答的是「這個問題搜遍互聯網為什麼沒有人提出」,回答應該是「因為你懶」或者「你沒有用谷歌」,這又明顯不是樓主說一大堆想要找到的回復。

第二,樓主的題目中從「即便是29.99」這句話開始才是在解釋他想問什麼。「也許是30...即便是29.99」說明」光速是不是30萬或者是不是29.99萬」不是樓主所關心的問題,而是他個人的理解,即使他個人的理解與常識有區別。他關心的問題是30萬這個數具有特殊性,為什麼他關心的是這個?因為他後面舉了「常數是123456789」這個例子。

所以說我沒審題的你們最好再回去看一下。

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樓上回答的都什麼玩意?人家問為什麼這過於巧合,指的是光速約等於三億米每秒這件事情,你們扯什麼以光速度為單位1,扯什麼現在1米的定義,是題主想知道的嗎?是先有了米大概的定義還是先有現在基於光速度的距離的定義?

至於樓主的問題,很簡單,確實就是巧合,但可以進一步解釋。一般人們記憶這些常數只考慮三位有效數字,也就是每個常數實際上僅僅是對應100-999的一個數。這個數「特殊」的概率其實是相當大的。分子分母都小於等於10的有理數(乘/除pi)乘一百正負2以內的數都可以認為很特殊。比如萬有引力常數對應667也就是2/3,很特殊;光速對應3,很特殊;靜電常數是9,很特殊;交流電里常用到sqrt2pi是444對應4/9,很特殊。而即使不那麼特殊的,也能強行特殊,比如g變成10,普朗克常數變成2/3,精密結構常數變成1/137。總之本質上還是因為基本上你找不到不特殊的處於100-999之間的數字。


首先,任何物理量的單位都可以由基本單位導出,

在國際單位制(SI)裡面,基本單位分別是

  • 米-長度
  • 千克-質量
  • 秒-時間
  • 安培-電流
  • 開爾文-溫度
  • 摩爾-物質的量
  • 坎德拉-光強

這些單位的定義是人為的。

以光速為例,速度的單位是 m/s,量綱是LT^{-1}

我們考慮時間的定義:

原始定義是按照日出日落下一天劃分為24小時,每小時3600秒來確定。

這個方法比較原始,無法滿足近代的需求,所以現在按照「銫133原子基態的兩個超精細能階間躍遷對應輻射的9,192,631,770個周期的持續時間」定義。

再考慮長度的定義:

原始定義是按照地球通過巴黎子午線的長度定義,

現在按照「光在真空中於1/299792458秒內行進的距離」來定義。

結合這兩個定義,我們就知道了真空光速在米和秒這兩個單位制下,其值是準確的299792458 m/s。

思考題:

1. 絕對零度的-273.15攝氏度是準確的嗎?

2. 在哪個時間段是準確的?

[提示:參考 CGPM 的會議資料 BIPM - CGPM]

參考資料:

  • https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%BD%E9%99%85%E5%8D%95%E4%BD%8D%E5%88%B6


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