光速（c）的数值，在真空中的精确值是 299,792,458 米/秒。 这非常接近 3 乘以 10 的 8 次方米/秒，也就是 3 × 10⁸ m/s 。
问题拆解：为什么近似等于，又为什么如此重要？
- 近似： “3 乘以 10 的 8 次方米/秒” 是一个非常方便记忆和使用的近似值。在很多非精确计算或者概念理解的场景下，使用这个近似值已经足够。例如，粗略估计光从太阳到达地球所需的时间，或者在日常解释相对论的基本概念时。
- 精确： 299,792,458 m/s 是精确定义值，而非测量值。 这个值的精确性是现代度量系统的基石。
历史角度：从测量到定义
光速的测量经历了漫长的历史。早期的测量方法精度有限，但随着科技的进步，测量越来越精确。
- 早期尝试：伽利略等人尝试使用灯光信号测量光速，但由于地球上的距离太短，效果不佳。
- 罗默的突破：奥勒·罗默通过观测木星卫星的食，发现地球距离变化会导致食的时间延迟，从而估算出光速。
- 菲索和傅科的方法： 阿尔芒·菲索和莱昂·傅科使用旋转齿轮和旋转镜等方法，在地面上更精确地测量了光速。
- 干涉法： 利用光的干涉现象，进一步提高了光速的测量精度。
最终，在1983年，国际计量大会彻底改变了游戏规则。他们不再试图更精确地测量光速，而是直接 定义光速为一个精确值 。
定义的意义：重新定义米
为什么要把光速定义为一个精确值？ 这样做是为了重新定义长度单位“米”。
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旧方法的问题： 在光速定义之前，米是根据保存在巴黎的铂铱合金原器的长度来定义的。这种实物标准存在以下问题：
- 易损性： 原器可能损坏或发生变化。
- 不易复制： 复制标准品非常困难，并且精度有限。
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新方法：利用光速定义米：
- 首先，固定光速 c 为 299,792,458 m/s。
- 然后，利用时间标准（秒）来定义米： 1 米被定义为光在 1/299,792,458 秒内通过的距离。
这样，米的定义就与时间标准（铯原子钟的振动频率）以及光速这一自然常数联系起来，变得更加稳定、精确和可复现。 只要有精确的秒的定义，就可以精确地确定米的长度，而不需要依赖任何实物标准。
相对论视角：光速的至高无上
在爱因斯坦的相对论中，光速 c 扮演着核心角色。
- 速度的极限： 没有任何携带信息的物体或信号可以超过光速。
- 时空的桥梁： 光速将时间和空间联系在一起，体现在著名的质能方程 E = mc² 中，能量 (E) 与质量 (m) 可以相互转换，而光速 (c) 是转换系数。
- 相对性： 无论观察者的运动状态如何，光速对于所有观察者都是相同的。这是狭义相对论的基本假设之一。
总结：光速的重要性
光速不仅仅是一个数值，它是物理学中的一个基本常数，在度量系统、相对论以及我们对宇宙的理解中都起着至关重要的作用。 虽然 3 × 10⁸ m/s 是一个方便的近似值，但 299,792,458 m/s 这个精确值才是现代科学的基石之一。理解光速的定义和意义，有助于更深刻地理解物理学的基本原理。