哈嘍朋友們，【科學(xué)有道理】之光速測(cè)量欄目，不知不覺(jué)已經(jīng)講到第三期了。

從古希臘時(shí)期亞里士多德認(rèn)為的光速無(wú)限，到科學(xué)大神伽利略測(cè)量失敗，再到牛頓時(shí)代測(cè)量的非常粗略的光速數(shù)據(jù)，最后到邁克爾孫精確測(cè)量光速，人類測(cè)量的方法不斷改進(jìn)，對(duì)光速的認(rèn)識(shí)也越來(lái)越準(zhǔn)確。

不過(guò)，說(shuō)到底，這些都是近似值。那么，光速的精確值到底是多少呢？讀完文章，你就……服了，原來(lái)光速和長(zhǎng)度最終達(dá)成了這樣的“協(xié)議”……

現(xiàn)代光速

上一期，我們提到了傅科、邁克爾孫的實(shí)驗(yàn)，測(cè)量到了非常精確的光速。我們也又講，在傅科的計(jì)算結(jié)果出爐的時(shí)候，另一個(gè)人震驚了，他就是著名的科學(xué)大神——麥克斯韋。他發(fā)現(xiàn)，傅科測(cè)量的光速，和他理論推導(dǎo)的電磁波速度非常近似，于是開始懷疑光速和電磁波在本質(zhì)上是一樣的?？上?，他還沒(méi)來(lái)得及推導(dǎo)，就被死神給推倒了。

到了20世紀(jì)，光的本質(zhì)已經(jīng)越來(lái)越清晰，最終科學(xué)家們確定，光確實(shí)是電磁波的一種。所以，如果想要知道光速，利用波的原理就可以測(cè)量。這個(gè)原理，就是基本的高中物理知識(shí)了：波速=波長(zhǎng)乘以頻率。

到了1972年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的埃爾森測(cè)量了甲烷激光的波長(zhǎng)和頻率。這種方法，可以大大減少有可能導(dǎo)致誤差的因素，因此頻率和波長(zhǎng)的測(cè)量是相對(duì)非常精確的，所以他計(jì)算的光速也是極其精準(zhǔn)的，結(jié)果為299792.5±1km/s。

不僅如此，在1983年的時(shí)候，國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定，國(guó)際長(zhǎng)度單位——米，將根據(jù)光速重新定義。換句話說(shuō)，我們追求的不再是光在每秒能傳播多少米，而是以光的速度來(lái)定義1米有多長(zhǎng)。從此，1米的定義就是：真空中的光在一秒內(nèi)傳播距離的1/299792458。

至此，關(guān)于光在真空中的傳播速度，徹底畫上了一個(gè)句號(hào)。而根據(jù)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，這也是宇宙物質(zhì)的速度上限，決定著宇宙的命運(yùn)。

你也能測(cè)量光速

曾經(jīng)難倒大量科學(xué)家的光速，其實(shí)現(xiàn)在你在家就能測(cè)量，那就是利用家里的微波爐。

在學(xué)習(xí)這個(gè)方法之前，我們要先明白微波爐的原理。微波爐之所以可以加熱食物，是因?yàn)樗梢园l(fā)出超高頻率的微波。自然界中的微波其實(shí)到處都是，但它們不能加熱物體，關(guān)鍵在于它們過(guò)于分散。而微波爐則是構(gòu)成了一個(gè)封閉的微波諧振腔，集中放射高頻率微波。通過(guò)微波振蕩食物內(nèi)部的微粒，激起這些粒子的微觀運(yùn)動(dòng)更加劇烈，宏觀上的表現(xiàn)就是升溫了。

微波和光波一樣，本質(zhì)上都是電磁波。因此，只要計(jì)算出你家微波爐所發(fā)射的微波的速度，就可以計(jì)算光速了。

這里微波的速度計(jì)算，也是很簡(jiǎn)單的，其實(shí)也是和埃爾森一樣，先求出波長(zhǎng)和頻率就可以。頻率很簡(jiǎn)單，因?yàn)槲⒉t的標(biāo)簽上寫得明明白白，一般都是2450M赫茲，也就是每秒鐘振蕩24.5億次（如果你想試一試做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，就具體參照你家微波爐的頻率）。所需要求的，就是波長(zhǎng)了。

我們知道，所謂的微波，其實(shí)就是波長(zhǎng)在0.1毫米~1米之間的電磁波。放心，你家微波爐的微波波長(zhǎng)不會(huì)恰好就在下限范圍，總之，這個(gè)波長(zhǎng)用你家的尺子就可以測(cè)量出來(lái)。

說(shuō)了這么多，這個(gè)波長(zhǎng)怎么測(cè)量呢？

其實(shí)很簡(jiǎn)單，拿一塊比較大的巧克力就行了。如果不放巧克力，黃油這種比較容易融化的東西也行，本文就按巧克力說(shuō)吧。接下來(lái)，按照宋丹丹往冰箱里放大象的步驟，把巧克力放進(jìn)去。

加熱。

時(shí)間不需要長(zhǎng)，10秒10秒來(lái)就行，如果全都融化了，就沒(méi)法測(cè)量了。

如果你加熱的時(shí)間控制得好，那么你就會(huì)發(fā)現(xiàn)這塊巧克力不是全部融化，而是從中間融化的，而且不是連續(xù)融化的，是一塊一塊融化的。那么，這兩個(gè)融化點(diǎn)的圓心之間的距離，就是半個(gè)波長(zhǎng)。

為啥是半個(gè)波長(zhǎng)？

因?yàn)殡姶挪ㄊ菣M波啊，也就是波浪形的，就是下圖這樣的。

字母是用鼠標(biāo)寫的，有點(diǎn)丑，大家別噴我……

你的巧克力是放在這條橫線上的，黃色的圈構(gòu)成的曲線就是微波的圖像，A~C才是一個(gè)完整的周期，但是B也在線上，所以A、B、C三點(diǎn)都會(huì)有巧克力融化的小洞。

所以，AC的長(zhǎng)度就是你家微波爐所釋放微波的波長(zhǎng)，再乘以標(biāo)簽上的頻率，就知道電磁波、也就是光的傳播速度了！

看，科技的發(fā)展，讓以前無(wú)數(shù)科學(xué)家用精密儀器、絞盡腦汁的辦法，都難以測(cè)量的光速，變成了我們普通人家都可以測(cè)量的數(shù)據(jù)。

為了滿足某些人自己動(dòng)手的欲望，我們這里就不給數(shù)據(jù)了，大家感興趣可以自己在家做實(shí)驗(yàn)，測(cè)算光速哦。看過(guò)前幾期節(jié)目的朋友還記得，牛頓當(dāng)時(shí)估算的光速每秒21萬(wàn)公里，是現(xiàn)在精確數(shù)值的70%左右。畢竟，那時(shí)候也沒(méi)有微波爐這種“高科技”產(chǎn)物。

我想說(shuō)，用你家的微波爐測(cè)量光速雖然不會(huì)有現(xiàn)代科學(xué)家那么精確，至少比牛頓大爺估算的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確得多……