光速一秒多少米 每秒299792458米 为何光速是这个取值？

北京时间7月27日，据外媒报道，我们都知道光速是每秒299792458米，但为什么光速是这个值而不是其他数字呢？为什么我们如此关注这种电磁波的速度？为什么光速成为物理学的重要基石？

这一切都是因为光速其实挺奇怪的。

检查光速

第一个认识到光速的人是一位名叫奥立·罗莫的天文学家。17世纪末，他对木卫一的一些奇怪行为产生了浓厚的兴趣。每隔一段时间，木星就会挡在这颗小卫星的前面，使它暂时从我们的视野中消失，但这种现象的间隔似乎在一年内不断变化。看来要么是木卫一的轨道有什么奇怪的地方，要么是另有原因。

经过几年的观察，罗莫终于将这一现象与原因联系起来。当我们看到木卫一被木星挡住时，我们在地球轨道的某个地方。但几天后，当我们看到木卫一再次被阻挡时，我们的位置与前几天略有不同，可能更靠近木星，也可能更远。如果我们比上次离木星更远，就意味着我们要再等一会儿才能看到下一个遮挡，因为光到达地球需要多走一会儿；反之亦然。

只有光速有限，才能解释木卫一和木星的间隔会不断变化的现象。

光速是有道理的

在接下来的几个世纪里，人们的不断观察不断巩固了光速的测量结果。但直到19世纪中叶，物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦无意中“发明”了光，系统理论才开始形成。

当时麦克斯韦正在研究电和磁的关系。在这个过程中，他发现了一个可以解释所有独立观测的统一理论，为我们现在所知的“电磁力”奠定了基础。他通过方程发现，变化的电场可以产生磁场，反之亦然。因此，无线电波可以产生电磁波，而电磁波又可以产生无线电波，等等

麦克斯韦在计算这种所谓的“电磁波”的传播速度时，得到的数据和几个世纪以来科学家测量的光速是一样的。可以看出，光是由电磁波组成的。

这个理论一直没有问题，直到几十年后，爱因斯坦意识到光速与光无关。他在研究狭义相对论时，认识到时间与空，有一定的关系，成为所谓的“时间空”。但是我们都知道，时间和空是截然不同的。“一米”和“一秒”或“一年”根本不是一回事。

那么，这两个概念怎么联系在一起呢？

需要有某种“粘合剂”，这样才能把空之间的运动转化为时间运动。换句话说，我们需要知道一米长的空之间对应的时间，也就是我们需要确定一个转化率。爱因斯坦发现有这样一个常数，或者说速度，可以帮助我们计算出时间与空的对应关系。

爱因斯坦的理论并没有具体说明这个数是多少，但是当他把广义相对论应用到麦克斯韦方程组时，发现转化率恰恰是光速。

当然这个统一了时间和空的基本常数并不知道电磁波是什么，也根本不在乎。毕竟只是一个数字。但是马克斯韦尔事先在一无所知的情况下算出了这个数字。这是因为所有无质量的粒子都能以这个速度运动，而光既然没有质量，自然也能以这个速度传播。这样，光速就成了现代物理学的重要基石。

但为什么是这个数，而不是其他某个随机数呢？大自然为什么选择了这一条？到底发生了什么？

光速毫无意义

毕竟数字本身并不重要。毕竟它有个单位:米每秒。在物理学中，任何有单位的数都可以改变它的值，因为我们首先要定义它的单位。比如你要用“米/秒”的形式来表示光速，你首先要决定“一米”和“一秒”是什么意思。因此，光速的定义与长度和时间的定义密切相关。

在物理学中，我们更关注那些没有单位和维度的常数，也就是物理理论中只以数值形式存在的数字。这些数字似乎更基本，因为它们不需要依赖任何定义。换句话说，如果我们在未来了解一个外星文明，我们可能无法理解他们测量的光速，但是我们可以在那些没有维度的常数上达成共识，因为它们只是数字。

所谓“精细结构常数”就是这样一个例子，它是光速、普朗克常数和自由空之间的磁导率的组合，约为0.007。0.007后面没有单位，只是一个纯数字。

所以一方面光速可以取任何值，因为它有自己的单位，所以值会随着我们对单位的定义而变化。但另一方面，光速不能取其他值，因为这样一来，精细结构常数就得相应改变。但是，我们宇宙所选择的精细结构常数只是0.007，我们无法改变。既然这是不能改变的，也是普遍适用的，光速的值就不能随意改变。

那么，为什么精细结构常数是这样一个数呢？好问题，科学家不知道。