光速是科学家们经过300多年奋斗才得到的准确数

我们已经习惯使用人类的计时单位,因此,对于我们,1/1000秒的意义简直就等于零。但是,这个微小的计时单位,却在不久之前开始在我们的实际生活上找到了应用。当人类还只是根据太阳的高度或者阴影的长短来判定时间的时候,即使想计算时间准确到几分钟也是不可能的;当时,人们把一分钟看成是无所谓的时间,根本不值得去测量它。 古时候,人们过着毫不着急的生活,在他们的日文、滴漏、沙漏等等时计上,根本就没有“分钟”的分度。直到18世纪初叶,时计面上才出现了指示“分钟”的指针──分针,而秒针还直到19世纪初年才出现。 l/1000秒,在这样短促的时间里能够做些什么事情呢?能够做的事情多得很!是的,火车在这一点时间里只能跑3厘米,可是声音就能够走33厘米,超音速飞机大约能够飞出50厘米;至于地球,它可以在1/1000秒里绕太阳转30米,而光呢,可以走300公里。

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​复活节岛,当地人称为拉帕努伊岛,是近些年国人去南美洲旅行重要目的地之一,遍布岛屿的数百个大大小小石刻人像闻名世界。

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网络上常常听到这样一种议论,光速每秒钟传输299792456米是科学家故弄玄虚,这么快速度怎么测量的?用皮尺吗?弄成这样一堆复杂的数值是使人更容易相信。否则弄个整数也可以呀,这样不是更好计算吗?

小岛位于遥远南太平洋上,距离智利本土有3600多公里,从智利首都圣地亚哥乘飞机前往也要5个多小时,与上海到新加坡航程相当。

在我们四周生活着的微小生物,假如它们会思想,大概它们不会把1/1000秒当作“无所谓”的一段时间。对于一些小昆虫来说,这个时间就很可以察觉出来。一只蚊子,在一秒钟之内要上下振动它的翅膀500~600次之多;因此,在1/1000秒里,它来得及把翅膀抬起或放下一次。 人类自然不可能把他的器官做出像昆虫那样快的动作。我们最快的一个动作是“眨眼”,就是所谓“转瞬”或“一瞬”的本来意思。这个动作进行得非常之快,使我们连眼前暂时被遮暗都不会觉察到。但是,很少人知道这个所谓无比快的动作,假如用1/1000秒做单位来测量的话,却是进行得相当缓慢的。“转瞬”的全部时间,根据精确的测量,平均是0.4秒,也就是400个1/1000秒。它可以分做几步动作:上眼皮垂下(7~90个1/100秒),上眼皮垂下以后静止不动(130~170个1/1000秒),以后上眼皮再抬起(大约170个1/1000秒)。这样你可以知道,所谓“一瞬”其实是花了一个相当长的时间的,这期间眼皮甚至还来得及做一个小小的休息。所以,假如我们能够分别察觉在每1/1000秒里所发生的景象,那么我们便可以在眼睛的“一瞬”间看到眼皮的两次移动以及这两次移动之间的静止情形了。

那么今天准确的光速数值是怎么来的呢?下面我们就一起来回顾科学家们几百年来是怎样对光速准确数值孜孜以求。这个世界上的一切都有其固有规律,光速就是一种自然规律。

人像石刻容貌怪异,几乎都是半个身子,长头扁额,狭耳高鼻,身体比较短,上肢亦不合比例,当地人称其为摩艾。

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世界由118种元素组成,以后可能还会发现新的元素;水是由氢氧原子组成,生命主要是由有机物组成;地球大约有了45亿年的寿命,围着太阳转一圈约365.25天等等,这些都是有定数的,这就是自然规律。你一定要问自然规律为什么是这样呀,那谁知道呢?

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人类只能认识规律,无法创造规律。这是唯物主义和唯心主义的根本区别。那些随意乱想,胡乱就想象创造一个伟大理论的民科,就无视规律,把几百年的科学发现肆意践踏,认为自己的臆想才是世界的真理。

复活节岛上的人像石刻——摩艾

有人甚至认为思想意识超光速,想到100亿光年就到了100亿光年。还认为自己已经是“超人类”,至少是爬上了井沿的蛤蟆,那些坚持科学精神和科学方法的人都是井底之蛙,老用“人类的视角”看问题。他们这种标榜自己的“超前”,都超前到不在人里面算账了。

摩艾最大十米多高,约有百吨重,最小也有成年人那么大,少数还戴着奇特帽子。当地几乎没有关于石像的文字记录,建于何时,何人为之,寓意为何,都是谜团。

光速每秒约30万公里是许多人类精英和先驱经过百年测算得到的,准确的光速是299792458 m/s,也就是约30万公里。

石像代表了这个远离陆地小岛的历史文明,整座岛屿也被联合国科教文组织列入《世界遗产名录》,受到保护。

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2018年9月,岛上又多了尊十分特别的摩艾,不过不是石刻,而是由528公斤塑料废弃物制成。

这么精确的光速是科学家经过几百年孜孜不倦的追求和实验得到的。早在1638年,近代科学的鼻祖伽利略就进行了世界上第一个测定光速的实验。

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那时候没有什么精密仪器,他用的是土办法。让两个人站在相隔1英里(1.609344公里)两个山顶上,各拿一个灯笼,第一个人举起灯笼同时开始计时,在另一个山头上看到第一个人灯笼第二人便立即举起自己的灯笼,第一个人看到第二人的灯笼后立即停止计时,这样就得到了光传输两英里的时间,从而求出光的速度。

这是由瑞士尊贵制表品牌宝玑,携手海洋保护基金会,与当地志愿者一起,以复活节岛海岸边收集来的塑料垃圾制成的一件艺术品。

可想而知,这种简陋的实验以及短距离对于世界上最快速度的光来说,是不可能得到什么结果的。我们现在可以轻易的计算出光速走2英里的时间为11微秒,也就是10万分之1.1秒,人眼怎么能够反应出来呢?

2018年初巴塞尔国际钟表珠宝展上,宝玑全球总裁马克·海耶克先生与海洋保护基金会主席马可·西梅奥尼共同宣布,双方达成五年合作,将共同完成奥德赛航行项目(Odyssey 2017-2021),履行保护海洋使命。

尽管如此,伽利略这种科学探索精神为测量光速开辟了先河,作为一个著名人士,引起了社会广泛关注。

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宝玑赞助海洋基金会奥德赛航行项目

其后,丹麦天文学家奥勒·罗默成为世界上第一个用科学方法测量初光速的人。

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他的方法是通过观测木星和木卫一的“行星掩星”现象(这个现象也是伽利略发现的),并与太阳与地球位置变化关系结合起来,经过十几年持续不懈的观测计算,得到了人类历史上第一个科学测定的光速数据,推断出光速大约为220000千米/秒。

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1676年,他向法国科学院提交了他的报告。

海洋探索先锋

虽然这个数据与光速精确的数据相去甚远,但现代科学界认为他的观测是非常科学的,只是当时数学计算水平的不足,才导致这样的误差。科学家们用他的方法得到的观测结果重新计算校正后,得到的光速数值是298000千米/秒,已经与现代精确光速数值非常接近了。

两百年前,可不是今天这般模样,那时海洋并不需要人类保护,人类在大海面前还十分渺小。虽然人类已经能够出海远航,并且发现了新大陆,但海洋上迷失方向、触礁沉没等事故仍有发生。

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在当时科学技术水平下,海洋探险家们在海上可以借助六分仪确定纬度,而经度则需要正午时读取船钟上的出发地时间,然后通过精确计算才能获得。

罗默之后,光速测量很久没人尝试,沉寂了近两百年。1849年,法国物理学家阿曼达·斐索又开始了新的尝试,终于首次在地球上测量出了光速的近似值,得到了315000千米/秒的数值。

哪怕时钟每天累积1秒误差,船在海上航行也将出现15秒经度偏离,相当于赤道附近约0.25海里的距离误差,这对于以月计的海上行程而言,累计偏离可能带来巨大危险。

它采用的设施是光源、旋转的遮板和固定在8公里距离的反光镜,方法和伽利略差不多,通过720个齿轮遮板旋转遮光,反射光回来的次数叠加计算。但由于遮板齿轮有一定宽度,影响了精确度。

所以对于出海远洋的船舶来说,安全航行得仰仗制表师们制作出可靠的精密航海钟——重任落在了制表师身上。

1862年,法国物理学家莱昂·傅科在斐索实验的基础上进行了改良,将旋转遮板换成了旋转的平面镜,这样远方的光在折返回来后落在旋转镜面上,这样只要知道平面镜的转速,经过计算就能得到光速的值了。这次实验刷新了历史,光速值精确到了298000千米/秒。

十八世纪到十九世纪这近两百年里,英国和法国还为解决经度问题成立了专门的经度委员会。

1926年,美国人迈尔克逊用傅科同样方法,只是将反射镜间距提高到了35公里,测得光速为299796千米/秒。这已经是人类用原始方法测得的最精确光速了,人们发现,如果只靠人类原始光学方法,就不能得到更精确的数据了。

宝玑品牌创始人阿伯拉罕-路易·宝玑先生,是当时法国经度委员会里唯一的制表学界代表,贡献智慧和才学,成为人类探索海洋的先锋之一。

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因此人们开始寻找更科学的方法。人们的视线开始从天空、原野巨大的空间测量方法转回到实验室里,在微小的电路板等光电仪器中寻求更精确的数据。

阿伯拉罕-路易·宝玑先生

终于,1972年,美国科学家们利用激光干涉法测量出了最精确的光速,得到了光速为299792456米/秒,但却有一个1.1米的正负误差。

毫无疑问,宝玑先生是位制表天才,他被誉为“现代制表之父”,一生致力于制作精准时计,为后世留下了诸多具有远见的发明,对钟表业界影响深远。

这是将1束频率已知的激光分成两半,行走不同的路径,之后再被汇合,科学家们在观察干涉图样的同时调整路径的长度,就可以计算出精确的波长,从而得到光速。

为减少地心引力给钟表带来的误差,宝玑先生发明了闻名至今的陀飞轮装置;

从理论上讲,这样测得的速度是不存在误差的,因此是最精确的。唯一不确定的是人们对长度单位“米”的定义细微的误差,因此这个正负误差1.1米的问题错不在光速,而是“米”。

他还制作了“双秒针精密时计”,可记录中间时间或两项同时进行事件的时间,也是今日计时功能表的鼻祖;

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为了解决“米”的误差问题,1983年在第17届国际度量衡大会上,人们重新定义了“米”。

宝玑先生制作的“双秒针精密时计”

将“米”定义为“光在真空环境下1/299792458秒内通过的长度”,这样一箭双雕的解决了“米”长度的精确性和光速的精确整数性,否则光速很可能后面还会有很多小数点。

宝玑先生还发明了最早的摆轮避震装置——Pare-Chute降落伞避震装置,有效解决了碰撞冲击导致精密摆轮轴尖断裂的问题。

到这里,长达300多年的光速测量画上了圆满的句号。

这种以金属弹簧片缓冲撞击、保护轮轴的超前设计理念,更是一百多年后腕表上广为使用现代避震器的灵感源头。

从这些过程可以看出,光速是大自然规律,是不可改变的;而计量尺度是人类主观定义的,是可以改变的。因此,如果你一定要把光速定义为一个整数也可以,只是把“米”的尺度进行调整就行了。

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但不管怎么调整这个读数,光就是那么快,是不变的。光速就是这么得来的,它是自然界不以人意志为转移的客观存在,我们只能发现和利用它,不能创造和改变它。

Pare-Chute降落伞避震装置

从光速的测量过程,我们可以看到科学界为追求宇宙真理孜孜不倦前赴后继的精神,人类通过对自然规律的不断认识和利用,才有了我们今天的幸福生活,我们要相信科学,感恩科学。时空通讯专注于老百姓通俗的科学话题,欢迎一起来探讨。原创文章,请尊重作者版权,感谢理解支持。

在航海钟的研制上,宝玑先生亦展现出远超所属时代的前瞻性,成功研发多项航海钟创新技术,大幅提升了经度测量的精准性,解决了困扰航海家与科学家们的定位难题。

正因为在航海精密计时方面成绩斐然,1815年,宝玑先生被法国国王路易十八授予“法国皇家海军御用制表师”的荣誉称号。

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1822年出售给法国皇家海军的No.3196航海天文钟

后来宝玑先生还编写出版了《船用时钟操作说明书》,这份长达23页,关于航海钟的详细使用指南,为法国军民在海上正确使用船钟提供了指导。

迪蒙·迪尔维尔,法国航海家、探险家,他曾使用宝玑精密航海钟带领船队探索南太平洋,并于1840年抵达南极,宝玑时计亦成为首个登陆南极洲的计时装置。

宝玑先生终其一生为制作极致完美的钟表不断探索,不仅在精准技术方面,同时还体现在钟表美学设计上,后世钟表业界受益匪浅,甚至将宝玑先生在钟表技术和美学上所取得的成就,直接以他的名字来命名,“宝玑游丝”,“宝玑数字”,“宝玑指针”等等,我们耳熟能详。

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“宝玑游丝”

宝玑亦将这种无畏探索的品牌精神传承至今,深入现代制表及海洋保护领域,开启了当代探索先锋的全新篇章。

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现代航海腕表之美

1990年,宝玑首次推出现代Marine航海系列腕表,正是从宝玑与海洋渊源久远的历史背景中汲取灵感。

第一代Marine航海系列腕表,便以其强化表壳、硬朗表冠护肩等设计,为奢华腕表融入了运动元素。

2018年巴塞尔钟表展上,宝玑发布了三款全新一代Marine航海系列腕表:Marine航海系列5517腕表、5527计时码表和5547音乐闹铃腕表。

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全新一代Marine航海系列腕表

独创的表链表耳,加粗加宽钱币饰纹,镌刻波浪饰纹,加宽字母“B”的表冠等等美学设计元素,与2017年诞生的全新Marine航海系列5887时间等式腕表一脉相承,充分融合现代格调与活力风范。

新款腕表有钛金属表壳搭配太阳放射饰纹岩灰色金质表盘,白色金表壳搭配波浪饰纹蓝色金质表盘,以及玫瑰金表壳搭配镀银金质表盘三个不同款式。

Marine 5517腕表,是一款中央大秒针表款,秒针上饰有基于海事信号旗设计的字母“B”,3点钟位置显示日历功能,罗马数字时标、分钟刻度搭载夜光显示功能。

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Marine航海系列5517腕表

Marine 5517腕表还有一枚特别款式,是宝玑专为海洋保护基金会的海洋卫士们制作,钛金属表壳,蓝色金质表盘上以巴黎鞋钉纹勾勒出海洋卫士号,非常漂亮,唯一的遗憾是它只属于海洋卫士号的探险家,并不对公众发售。

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Marine航海系列5517腕表海洋基金会特别款

Marine 5527计时码表,是宝玑先生发明的“双秒针精密时计”的现代演绎,中央计时指针以精细装饰凸显与航海的渊源,3点钟位置和6点钟位置分别设置分钟和小时计时盘,9点钟位置则是走时小秒针功能。

这是一款配备飞返计时功能的腕表,与普通计时表“启动——暂停——归零”操作不同,按下“飞返”按钮即可停止记录时间、同时将指针归零,松开按钮后,计时指针立即再次开始运转,记录下一个时间。

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Marine航海系列5527计时码表

Marine 5547音乐闹铃腕表,则是一只复杂功能表款,闹铃功能之外,还带有第二时区显示和日期显示功能。

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Marine航海系列5547音乐闹铃腕表

航海风格设计的“船铃”通过12点钟位置的一个开口处显示,用来指示闹铃功能的开启和关闭。

闹铃表最早可追溯到16世纪,利用响锤敲击镶在底盖内侧的音柱,令底盖产生震动而发声,从而达到提醒表主的目的。现代繁忙商务生活中,Marine 5547音乐闹铃腕表,更是叫醒、约会和会议等重要事件的有力帮手。

闹铃功能设置于3点钟位置的小表盘上;9点钟位置的小表盘,则是以24小时刻度显示第二时区功能;9点与12点钟位置之间,一根低调而不显眼的指针,显示动力储备。

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传承先锋精神

2017年,宝玑推出的5887时间等式腕表,已经拉开了全新一代Marine航海系列腕表的大幕。它不仅奠定了全新Marine航海系列的美学基因,还将三项超卓复杂功能集于一身:陀飞轮、时间等式和万年历,开创了将运动风格与传统天文复杂功能相结合的先河。

不仅如此,这枚5887时间等式腕表,还融入了宝玑在现代制表领域里不断探索所取得的重要技术成果和发明。

时间等式,是指腕表上显示天文时差的功能,即“真太阳时”——太阳两次经过上中天的每日真实时间长度,与“平太阳时”——每日平均24小时时长的差异。

两百年前,宝玑先生为法国王后制作的那枚著名的“玛丽· 安托瓦内特”怀表,便具有这项天文学显示功能。

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“玛丽· 安托瓦内特”怀表具备时间等式功能

真太阳时与平太阳时的时差长度,一年里大约在-16到 14分钟之间变动,以往表款上大都是通过表盘上一个带有 -15分钟刻度的扇形小盘来显示。

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真太阳时与平太阳时

而Marine航海系列5887时间等式腕表,通过一根与传统分针同轴的太阳时分钟指针,直接指示当下真太阳时时间,佩戴者可直观读取。

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以镂空刻面金色小太阳指针指示真太阳时分钟

为了这一功能使用上的便利,宝玑背后付出了诸多努力,在不计其数的探索和尝试之后,设计了这枚全新的机芯。

万年历功能,则是以视窗展现月份及星期,以船锚形状的中央逆跳指针来指示日期,简洁明了。

这款腕表还应用了宝玑于1991年取得的一项专利技术,将万年历功能与时间等式功能相结合——陀飞轮上方透明蓝宝石上的时间等式凸轮,搭配月份首字母,显示太阳轨迹变化。

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结合万年历功能的时间等式凸轮

陀飞轮,是宝玑先生最为著名的发明之一,两百多年来被钟表行业所推崇,从怀表时代解决精准问题,到腕表时代优雅旋转于手腕之上,一直是钟表技术塔尖上的一颗明珠。

这枚全新Marine航海系列宣言作品,陀飞轮上应用了宝玑在新千年以后所取得的重要技术突破:硅质游丝,硅质擒纵轮以及硅质擒纵叉,精准和抗磁性能卓越,也将宝玑先生发明陀飞轮的初衷提升到一个全新高度。

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透过雕刻精美的夹板,可以看见蓝色硅质擒纵装置

先进硅质擒纵技术,是宝玑在现代钟表领域里持续不断探索的代表成果之一,亦被应用在全新Marine航海系列5517腕表、5527计时码表和5547音乐闹铃腕表,以及其他系列产品上。

回望两百多年发展历程,宝玑从没有停止过探索的脚步,一直致力为品味绝佳的主顾们提供至臻完美、精准可靠的极致时计作品。

而无论是各博物馆收藏的宝玑珍贵古董时计,还是宝玑声名显赫的主顾名单,抑或是近、现代文豪们在文学作品中对宝玑时计的赞美,毫无疑问都是传承自创始人不断探索向前的先锋精神,为宝玑赢得的荣耀。

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