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¿Por qué la velocidad de la luz se define como 299792458 m/s?

¿Por qué la velocidad de la luz se define como 299792458 m/s? ¿Por qué eligieron ese número y ningún otro número?

O redactado de forma diferente:

¿Por qué un metro 1/299792458 de la distancia que la luz recorre en un segundo en el vacío?

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Es arbitrario, pero históricamente, como el metro ya era una longitud aceptada, definieron la velocidad de la luz para mantener el metro igual.

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Porque se escribe 10 en base-299792458. Verás, en base-299792458, 1m es la longitud de tu palo, y 10m es la velocidad de la luz. Es una hermosa coincidencia, ¿verdad?

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¿No es la velocidad de la luz = 1?

38voto

Nick Puntos 583

La velocidad de la luz es de 299 792 458 m/s porque la gente solía definir un metro como 1/40.000.000 del meridiano de la Tierra, de modo que la circunferencia de la Tierra era de 40.000 kilómetros.

Además, solían definir un segundo como 1/86,400 de un día solar, de modo que el día puede dividirse en 24 horas, cada una de las cuales contiene 60 minutos por 60 segundos.

En nuestro Universo, se da el caso de que la luz se mueve con una velocidad tal que en 1 segundo definido anteriormente, se mueve aproximadamente 299.792.458 metros definidos anteriormente. En otras palabras, durante un día solar, la luz cambia su posición en $$ \delta x = 86,400 \times 299,792,458 / 40,000,000\,\,{\rm circumferences\,\,of\,\,the\,\,Earth}.$$ La cifra anterior es de aproximadamente 647.552. Pruébalo. Instruye a la luz para que orbite a lo largo de la superficie de la Tierra y descubrirás que, entre dos mediodías, completará 647.552 órbitas. ¿Por qué es exactamente este número? Bueno, se debe a cómo se creó y evolucionó la Tierra.

Si no hubiera chocado con una gran roca llamada Megaplutón hace unos 4.701.234.567,31415926 años, habría sido un poco más grande y estaría girando con una frecuencia menor en un 1,734546346 por ciento, por lo que 647.552 sería reemplazado por 648.243,25246 - pero como chocamos con Megaplutón, la proporción finalmente se convirtió en lo que dije.

(Hubo como un millón de grandes eventos de similar importancia que también me salté).

El tamaño de la Tierra y la velocidad de giro estuvieron bien durante un tiempo, pero no son realmente regulares ni precisos, por lo que la gente finalmente cambió a las longitudes de onda y duraciones de algunas ondas electromagnéticas emitidas por los átomos. La espectroscopia sigue siendo la forma más precisa de medir el tiempo y las distancias. Eligieron el nuevo metro y el nuevo segundo como múltiplo de la longitud de onda o de la periodicidad de los fotones emitidos por varios átomos, de modo que el nuevo metro y el nuevo segundo coincidieran con los antiguos -los definidos a partir de la circunferencia de la Tierra y del día solar- dentro de la precisión disponible.

Durante algún tiempo, la gente utilizaba dos ondas electromagnéticas independientes para definir 1 metro y 1 segundo. En esas unidades, podrían haber medido la velocidad de la luz y averiguar que era de 299.792.458 más menos 1,2 metros por segundo, más o menos. (La precisión no fue tan grande durante años, pero el error de 1,2 metros fue la precisión final alcanzada a principios de la década de 1980).

Debido a que la velocidad de la luz es tan fundamental - los físicos adultos utilizan unidades en las que $c=1$ En cualquier caso, los físicos decidieron en la década de 1980 redefinir las unidades para que tanto 1 metro como 1 segundo utilicen el mismo tipo de onda electromagnética para definirse. 1 metro se definió como 1/299.792.458 de segundos luz que, una vez más, coincidía con la definición anterior basada en dos ondas electromagnéticas diferentes dentro de la precisión.

La ventaja es que la velocidad de la luz se conoce con exactitud, por definición, hoy en día. Hasta el incómodo factor numérico de 299.792.458 -que por otra parte es conveniente para comunicarse con la gente corriente y no tan corriente, sobre todo con los que han sido entrenados para usar metros y segundos basados en el día y el meridiano solar- es tan robusto como el $c=1$ unidades.

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Todavía estoy muy confundido. El contador se basa en la velocidad de la luz y viceversa. Es cíclico. Haciendo que sean completamente arbitrarios. Históricamente se basan en la circunferencia de la tierra, pero sabemos que eso es inconsistente. ¿Así que estamos basando ambas mediciones en una medida inconsistente? A mí me parece que tenemos una medición cíclica basada en una medición inexacta que realmente no ayuda. ¿Existe una constante fiable en la que se basen el metro y la velocidad de la luz?

1 votos

David, un metro es una unidad, una convención puramente humana. Ten por seguro que la velocidad de la luz, que es un hecho de la Naturaleza, no "depende" de la elección de un metro ni de nada hecho por el hombre en general. Incluso sin humanos, habría luz y se movería con una velocidad. La Naturaleza no necesita a los humanos ni a sus inventos y convenciones para ello. Es una completa tontería que haya algo inexacto en la definición de 1 metro o en la velocidad de la luz que conocemos.

2 votos

Un metro se acaba de definir de tal manera que se conoce con total exactitud la velocidad de la luz en el SI, 299 792 458. Ahora, con este metro bien definido (suponiendo que te parezca bien la definición de 1 segundo y puedas reconstruirla), se pueden medir distancias. La cuestión es la precisión con la que podemos medir las distancias en términos de 1 metro tal y como se define actualmente. La precisión es sorprendentemente buena porque cuando cambiamos a la nueva definición, la precisión de $c$ ya era bueno - y podíamos medir $c$ en términos del antiguo medidor, por lo que la precisión no ha "bajado".

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Dori Puntos 1325

El número es arbitrario. Podríamos haber elegido que fuera de 1 m/s, pero eso habría sido un poco incómodo, ya que estaríamos yendo por ahí diciendo a la gente que fuera a la izquierda en la siguiente esquina a 0,00000084 metros.

Antes, el metro se definía en términos de dos rayas en un palo. Por lo tanto, podíamos medir la velocidad de la luz experimentalmente. Antes de redefinir las cosas t midieron con la mayor precisión posible y luego utilizar el resultado como la nueva norma oficial.

Definir la velocidad de la luz significa que el metro ya no se define en términos de rayas en un palo. Si así fuera, tendríamos el segundo, el metro y la velocidad de la luz definidos de forma independiente, cuando en realidad son dependientes. Eso significa que futuras mediciones más precisas podrían mostrar que nuestro sistema era incoherente. En consecuencia, el metro es ahora simplemente la distancia que la luz recorre en 1/299792458 segundos.

Creo que la principal motivación de esto es que la velocidad de la luz es siempre lo mismo en todas partes (para una medición local) y es bastante fácil de medir . Antes de la redefinición, la precisión en la medición de la velocidad de la luz estaba llegando a ser tan buena que estaba limitado por la precisión con la que podíamos medir un metro .

En realidad, muchas mediciones de distancia precisas se realizan con luz y no con varas de medir. Véase, por ejemplo, LIDAR En el que la luz rebota en una fuente y se ve cuánto tarda en volver. También se pueden realizar mediciones precisas de distancias (o mediciones de cambios en una distancia) con luz utilizando la interferometría. Véase LIGO por ejemplo.

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blowdart Puntos 28735

Es un círculo histórico bastante bonito.

El metro se definió originalmente como 1/10.000.000 de la distancia del ecuador al polo norte -a través de París-, como explicó Luboš más arriba.

Esto lo idearon unos tipos de la revolución francesa con la idea de que las unidades de la física debían depender sólo del universo (o al menos de París, que es prácticamente lo mismo) y no de detalles históricos como la longitud del brazo o del pie de un rey.

Esto también significaba que cada uno podía llegar a su propia medición imparcial de la unidad - no había un metro maestro en una bóveda en algún lugar. De este modo, todos los hombres y sus medidas eran iguales.

Como muchas de las ideas de la revolución francesa, esto no funcionó del todo exactamente como estaba previsto -el estudio se canceló- y pronto las exigencias de la industria significaron que el único estándar suficientemente preciso era un metro maestro en una bóveda en algún lugar.

Al redefinir el metro en función de la velocidad de la luz, que es universal (incluso fuera de París), volvemos a ese noble principio original.

Nota extra: No se Necesito para ir al polo norte. Es fácil medir la latitud (ángulo norte/sur del ecuador) de un lugar con sólo un telescopio, luego se puede medir la distancia en el suelo entre dos lugares al norte/sur de cada uno y obtener una definición del metro. Esto condujo al descubrimiento de que la Tierra no es una esfera, por lo que en realidad no funciona, pero dio lugar a toda una nueva ciencia de la medición de la Tierra.

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Goku Puntos 11

Por razones históricas. Antes de la definición actual, un metro se definía como la longitud de algún trozo de material, el prototipo de barra de metro. Luego se midió la velocidad de la luz en base a esa longitud, que resultó ser de 299792458 longitudes de la barra por segundo. Esto se utilizó para redefinir el metro como la distancia que recorre la luz en el vacío en 1/299792458 segundos, de modo que la antigua y la nueva definición coincidan lo más posible.

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Entre el prototipo de metro (en realidad, tres, primero un prototipo de latón de provisión fabricado en 1795, luego el primer prototipo oficial de platino fabricado en 1799 y, por último, un prototipo mejorado de platino-iridio fabricado en 1889), hubo un período de 23 años (de 1960 a 1983) en el que el metro se definió como un número específico de longitudes de onda de una frecuencia específica de luz.

2voto

Está claro que los cálculos serían más fáciles si tuviéramos $c\stackrel{def}{=}3\times10^8{\rm m\,s^{-1}}$ y otras constantes físicas serían valores convenientes: la constante eléctrica del espacio libre sería $\frac{1}{36\,\pi}\times 10^{-9}{\rm F\,m^{-1}}$ y la impedancia de la onda del espacio libre sería $120\pi\,\Omega$ .

Sin embargo, un objetivo primordial en la revisión de las normas de metrología es causar la menor perturbación posible a la práctica anterior cuando se realicen cambios. Los sistemas de medición revisados tienen que ser tan compatible con versiones anteriores como sea posible. Ya existía una definición del contador, que en última instancia procedía de la barra física del contador, como se describe en la respuesta de noah . Un cambio en el medidor para desplazarse de $299792458{\rm m\,s^{-1}}$ a $300\, 000\, 000{\rm m\,s^{-1}}$ sería un cambio de unas 700 partes por millón ( $7\times 10^{-4}$ ), lo que provocaría un gran trastorno en las prácticas actuales de la ciencia, la industria y casi todas las actividades humanas.

1 votos

Deberíamos hacerlo antes de que empeore.

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