眾所周知,理想真空中的光速大約是$ 3 \乘以10 ^ 8 \:\ rm m / s $。但是,眾所周知,外太空不是完美的真空,而是硬真空。那麼,由於硬真空會使光速變慢,理論上速度極限是否比我們根據經驗可以測量的速度更快?用光測量距離時會考慮到這一點嗎?
如果我們吸收空氣,那麼在一個大氣壓下的折射率約為1.003 $。因此,如果我們測量空氣中的光速,我們得到的速度大約是$ 1.0003 $的速度太慢,即分數誤差$ \ Delta c / c $為$ 3 \乘以10 ^ {-4} $。
與n的折射率之差$ n-1 $與壓力成正比。讓我們將壓力寫成一個大氣壓的分數,即壓力除以一個大氣壓,那麼我們在測量$ c $時的分數誤差將約為:
$$ \ frac {\ Delta c} {c} = 3 \ times 10 ^ {-4} \,P $$
在高真空實驗室中,我們可以毫不費力地將其達到10 ^ {-10} $托,這大約是10 ^ {-13} $大氣壓或10 nPa。因此,在真空中測量光速會給我們帶來誤差:
$$ \ frac {\ Delta c} {c} \約3 \次10 ^ {-17} $$
這已經小於測量中的實驗誤差。
因此,從技術上講我們從未在理想的真空度下測量過光速,這是正確的,但是我們可以產生的真空度足夠好,以至於其對測量的影響可以忽略不計。
就不完美的真空的影響而言,約翰·雷尼(John Rennie)的回答是很好的,所以我在這裡不再贅述。
關於您的問題的最後一部分,即在測量距離時是否應考慮這一點,值得注意的是,標準將定義為特定的光速,然後還使用第二種定義是將電錶作為測量的依據。因此,按照當前編寫的標準,定義上光速是精確的。
您所寫的問題隱含地假設儀表和秒錶是通過定義給出的,光速是測量問題。
因此,從這個角度來看,您的問題確實應該寫成問不完全真空的影響是否會影響我們對電錶的定義。答案是,它確實可以做到,正如約翰·雷尼(John Rennie)所量化的那樣。它是否重要取決於所使用的方法以及該方法固有的其他實驗不確定性。
物理學中有一個稱為$ c $的常數,它是空間與時間之間的“交換率”。從某種意義上說,一秒鐘的時間在某種意義上等於$ c $乘以一秒鐘(然後得出空間上的距離)。以$ c $的光行進。請注意,$ c $不是光速,而是光速是$ c $,這是一個微妙的區別($ c $就是它導致光以該速度行進,而不是光以該速度導致$ c $為該值)。通過觀察光的傳播速度來測量$ c $,但是還有其他幾種找到$ c $的方法。例如,$ c ^ 2 $等於真空介電常數和真空滲透率的乘積的倒數。因此,通過觀察光速來測量$ c $時,不完全真空的影響不僅可以忽略不計,而且還有許多其他可觀察到的依賴於它的觀測值。
旨在測量某些物理量(例如光速)的實驗將考慮任何干擾效應。如果無論出於何種原因,實際上不可能在接近真空的條件下進行光速測量,我們仍然可以在不同的空氣密度下對其進行測量,並將結果外推至零空氣密度。通過將光速對空氣密度的已知理論依賴性進行擬合,可以精確地進行這種推斷,但是我們也可以以獨立於模型的方式進行,並且在對理想真空進行推斷時不使用任何理論輸入。
根據定義,光速精確為299,792,458 m / s。 如果在測量過程中真空度不是理想的,那麼我們對儀表的定義就會改變。