一公尺到底多長?

  一提到光速(嚴格說來是真空中的光速),大家便會想到一個朗朗上口的口訣:「用光速飛行,每秒能繞地球七圈半」。這是因為地球的周長幾乎剛好四萬公里,而光速則幾乎剛好每秒三十萬公里。在此不厭其煩連用兩次「幾乎剛好」,是因為事實正是如此,也就顧不得修辭學上的忌諱。不過凡是有點好奇心的人,應該都會納悶怎麼那麼巧。其實天底下當然沒有那麼巧的事,因為前一個「幾乎剛好」根本就是定義。

  要把這件事說清楚講明白,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」。法國科學家趁著這個「破舊立新」的機會,決心制定一個符合科學的度量衡制度,也就是能夠推廣全球的「公制」。既然要讓全世界接受,自然必須放諸四海皆準,所以拿地球當標準是最自然不過的事。公制的基礎「公尺」(meter)就是這麼來的:一七九○年代,法國科學家丈量敦克爾克與巴塞隆納兩城市間的距離,然後配合天文觀測,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公尺,並用合金製成一個幾乎不會熱脹冷縮的「公尺原器」。用粗淺的方式來說,就是他們把「地球四分之一周長」定義成一千萬公尺(一萬公里)。這樣一來,地球一周當然幾乎剛好四萬公里。

  至於真空光速幾乎剛好等於每秒三十萬公里(每秒三億公尺),則是一個如假包換的巧合,並沒有任何原因或典故。在自然科學中,這種例子相當罕見,但並不是絕無僅有。例如太陽的質量幾乎等於二十億億億億公克,地球的質量幾乎等於六億億億公斤,都一樣沒有什麼道理可言。

  然而「幾乎剛好」畢竟並非「剛剛好」。地球周長絕不是剛剛好四萬公里,因為一來地球表面凹凸不平,二來嚴格說地球也不是真正的球形。至於真空中的光速,其實要比每秒三十萬公里略小一點點。

  隨著科技的進步,公尺的定義也就愈來愈精確。例如在一九六○年,科學家曾經改用某種光波的波長來定義公尺。不過這個定義只用了二十三年,隨著光速的測量愈來愈準確,到了一九八三年,出席「萬國度量衡會議」的科學家決議倒因為果:不再用公尺來測量光速,而改用光速來定義公尺。他們將光速定義為剛剛好每秒二九九,七九二,四五八公尺,小數點後面通通是零。從那時候開始,公尺就成了光線在真空中每秒行進距離的二九九,七九二,四五八分之一。公尺的定義可說是科學的根本,更動一次茲事體大,因此這個定義必定會維持很長一段時間。

(註):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。





Copyrightc 1998~2017 All rights reserved.
若有網站瀏覽方面的問題請洽網站管理人