一提到光速(嚴(yán)格說來是真空中的光速),大家便會想到一個瑯瑯上口的口訣:“用光速飛行,每秒能繞地球7圈半”。這是因為地球的周長幾乎剛好4萬公里(4萬千米),而光速則幾乎剛好每秒30萬千米。連用兩次“幾乎剛好”,是因為事實正是如此。
要把這件事說清楚,得從兩百多年前的法國大革命談起。法國大革命除了推翻帝制之外,還是法國歷史上一次重要的“文化大革命”。法國科學(xué)家趁著這個“破舊立新”的機(jī)會,決心制定一個符合科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的度量衡制度,也就是能夠推向世界的“公制”。既然要讓全世界接受,必須放諸四海皆準(zhǔn),拿地球當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)便是最自然不過的事了。公制的基礎(chǔ)“公尺”(meter,現(xiàn)在稱“米”)就是這么來的:1790年代,法國科學(xué)家丈量敦克爾克與巴塞隆納兩城市之間的距離,然后配合天文觀測,算出從北極到赤道的長度。他們將這段長度的一千萬分之一定義成米,并用合金制成一個幾乎不會熱脹冷縮的“米原器”。換句話說,就是把“地球1/4周長”定義成1000萬米(1萬千米)。這樣一來,地球一周當(dāng)然幾乎剛好4萬千米。
真空光速又幾乎剛好等于每秒30萬千米(3億米),則是一個巧合,沒有任何原因或典故。在自然科學(xué)中,這種例子相當(dāng)罕見,但并不是絕無僅有。
然而“幾乎剛好”畢竟并非“剛剛好”。地球周長絕不是正好4萬公里,因為一來地球表面凹凸不平,二來嚴(yán)格說地球也不是真正的球形。至于真空中的光速,其實要比每秒30萬公里略小一點點。
隨著科技的進(jìn)步,米的定義也越來越精確。1960年,科學(xué)家曾經(jīng)改用某種光波的波長來定義米。不過這個定義只用了23年,隨著光速測量越來越準(zhǔn)確,到了1983年,出席“萬國度量衡會議”的科學(xué)家決議反因為果:不再用米來測量光速,而改用光速來定義米。他們將光速定義為剛好每秒299、792、458米,小數(shù)點后面通通是零。從那時候開始,米就成了光線在真空中每秒行進(jìn)距離的299、792、458分之一。米的定義可說是科學(xué)家的根本,
更動一次事關(guān)重大,因此這個定義必定會維持很長一段時間。
注:光線在空氣中與在真空中速度相差無幾,但在水中或玻璃中則會大幅減速。