1秒等于多少毫秒(1秒等于多少ms毫秒)

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光速最快光速恒定是现代物理学基本杠杠,自从爱因斯坦广义相对论定下了这个杠杠,历经100年检验越来越牢不可破。

但不少人有这样一个疑问,有没有办法让光速慢下来呢?

当然有,如果不设定条件,起码有三种方法。

第一种方法太容易了,不同的介质就能够得到不同的光速。

光速常量的精确值为299792458m/s,就是每秒约30万公里。但这种速度是指在真空中,在不同的介质中 ,光速有不同的速度,但都是会慢一些。

因此,要让光速慢下来,在不同的介质中就可以实现。

光的传输速度在玻璃中每秒约20万公里,在酒精中每秒约22万公里,在水中每秒约22.5万公里,在冰中每秒约23万公里。

空气对光的折射率为1.0008,因此光在空气中的传播速度为299792458/1.0008=299552816m/s。

因此光在空气中的速度衰减一般忽略不计,和真空中一样,一般都采用每秒约30万公里。

那么这个世界有没有一种环境可以让光速在真空中慢下来或者停滞呢?

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有人提出了绝对零度可以把光冻住。

绝对零度就是热力学温度0 K,又叫零开尔文,相对摄氏度为-273.15℃。

绝对零度可以把光冻住吗?当然可以。

我们知道现代物理学有两块天花板,一块就是光速极限,这个世界上没有物质能够达到和超越光速,一个最小的粒子也不行;还有一块就是绝对零度,是我们世界理论上的最低温度,只可意会,不可言传,也就是不可能达到。

这两块天花板在目前理论框架下是无法突破的。

既然不可能达到,因此即便有人认为绝对零度能够把光冻住,也无法实现。

事实上,理论上认为,绝对零度绝不是把光冻住那么简单,而是象征着死寂。

死寂不是某一个生物或者事物的死亡,是一切都化为乌有。

达到了绝对零度,不是光子会冻住,而是没有了光子,密度为零,空间为零,运动停止,整个世界都没有了,更没有了我们这些观测者,所有现有的理论和规律都失效了,主导世界的四种基本力也没有了,谁去观测了解光子是冻住了还是没有冻住?理论上就是乌有了,还怎么冻住?

因此这种“冻住”的办法不在三种办法里面算账。

那么就是说光在真空中是没办法减速的了?显然不是这样,我们有科学家早就做过实验了,制造一个特殊环境,光在真空中的速度就可以慢下来。

其实,并不一定要到绝对零度,当物质非常接近绝对零度时,就会发生奇异的变化。

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比如玻色~爱因斯坦凝聚态。

这是将光减速的第二种办法。

所谓玻色~爱因斯坦凝聚,是1924年玻色和爱因斯坦从理论上预言存在的一种物质状态,他们认为当温度足够低,原子运动速度足够慢时,它们会集聚到能量最低的同一量子态,所有原子就像一个原子一样,物理性质会完全相同。

玻色-爱因斯坦凝聚专指玻色子原子在冷到接近绝对零度时,所呈现出的状态。

这个温度有多低?

宇宙微波背景辐射约2.7K,也就是约-270.45℃,科学家们认为在宇宙最冷的回力棒星云,温度只有1K。

但目前人类在国际空间站上已经制造出-273.149999999999℃的温度,就是距离绝对零度只差0.000000000001℃,差万亿分之一开尔文就到了绝对零度。

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玻色-爱因斯坦凝聚态就是在这种超低温状态下(根据被冷冻的玻色子不同,温度也不同)获得的。

在极低温度下,玻色子性质发生根本变化,呈现出气态或超流物质状态(物态),被认为是物质除了固态、液态、气态、等离子态后的第五态。

这个世界上已经发现了几百种粒子,通过长期研究认识,被科学家们分为两大类,即玻色子和费米子。

玻色子不遵循泡利不相容原理,费米子则相反。玻色子自旋量子数为整数0、1......,费米子自旋量子数为半整数1/2、3/2......。

玻色子有两种:基本玻色子主要有传递基本相互作用的胶子、光子、z、引力子,和给其他粒子提供能量的希格斯粒子,俗称“上帝粒子”;复合玻色子由偶数个费米子组成,有介子、氘核、氦-4等。

费米子有轻子、核子和超子,包括中子、质子都属于费米子,具有在低温下发生费米子凝聚态的性质,被认为是物质的第六态。

但光子属于玻色子,我们今天是讲光速怎么变慢,所以就主要讲玻色子凝聚态,不讲费米子凝聚态了。

科学家们在1995年就制造出了波色~爱因斯坦凝聚态,从而实现了这二位科学家的预言。

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那么光子在玻色~爱因斯坦凝聚状态下会呈现一种什么样的性质呢?

这种性质符合量子力学的基本原则~不确定性原理。这个理论认为,粒子的动量(或速度)越精确,其位置就越无法精确,反之亦然。极低温度下玻色子原子由于动量极小,因此位置就非常不确定,占据的体积大大增加,原子波函数叠加在一起,重叠合并成为玻色-爱因斯坦凝聚态。

玻色-爱因斯坦凝聚态具有许多有趣的特性,比如它们导致了非常高的光学密度差,这样使用激光可以改变其原子状态,使它们对一定的频率和折射率骤增,光速就会在其中骤降,达到每秒几米甚至冻结。

1999年,丹麦物理学家莱娜·韦斯特高·豪领导的一个团队,就成功利用超流体减缓了一束光的速度,达到每秒17米,到了2001年,她已经能够让一束光完全冻结。

这种对光减速并冻结的技术,实际上是在玻色-爱因斯坦凝聚状态下,光穿过超冷气体,并与这些气体粒子发生作用导致的现象,这项研究揭示了光和物质相互作用转化的一些机制,对量子加密和量子计算技术开发有着重要意义。

玻色-爱因斯坦凝聚态是一个很复杂甚至难以理解的过程,作为科普,我们只要知道在这种状态下光速能够减慢就行了。

当然,这种光速减慢并非光本身基本性质有什么变化,只是发现了光子在某种特定条件下具有某些新的特性。这项研究为人类打开了另一扇门,将会带给我们一片新的天地。

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光的第三种减速方法,是提高人类捕捉光的速度,从而让光在我们眼中变成蜗牛。

所谓“眼光”本身当然没有什么光,这个问题我在过去有过多次阐述,有兴趣的朋友可以参看过去时空通讯发表的文章。

这里说的提高人类捕捉光的速度,是借助人类智慧发明的仪器设备。

在我们日常生活中,光速太快了,唰的一下,一秒钟就可以围绕着地球转几圈,怎么来捕捉到光速呢?现代飞秒摄像技术,从另一个角度为我们放慢了光速。

1秒看起来很短,但现代理论却把秒分成很长的一串数字。

1秒等于1000毫秒,1毫秒等于1000微秒,1微秒等于1000纳秒,1纳秒等于1000皮秒,1皮秒等于1000飞秒,1飞秒等于1000阿秒,1阿秒等于1000仄秒,1仄秒等于1000幺秒。

这就是时间的微观单位。

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飞秒摄像的寓意就是摄像速度快到每飞秒1帧,飞秒是多少?是1千万亿分之一秒。

实际上,现在的所谓飞秒技术并没有达到那么高。据报道,美国加州理工学院研究人员发明了一个高科技设备叫CalTech,是迄今世界上最快的相机,每秒钟可以拍摄10万亿帧。

这比飞秒慢了100倍,但比皮秒要快10倍,所以介于皮秒和飞秒之间,号称飞秒摄像机也不为过。

光速每秒约3亿米,这台相机每秒可以拍摄10万亿帧,也就是每帧照片上光速只移动了10万分之一米,1米为1000毫米,光速每移动1毫米就被拍摄了100次,这样光走的再快也被捕捉现了原形。

这里说的是光速本身没有慢,但由于人的眼睛借助自己的发明变快了,相对来说,在这样的火眼金睛下,光速就变成了慢动作。

现在,科学家们还嫌这个速度慢了,希望有朝一日真正达到飞秒级,就是每秒1000万亿帧的拍摄速度,让光速在人类面前变得比蜗牛爬还要慢。

光速虽快,但在不断求索的人类面前,有的是办法让他慢下来。

这种慢并没有推翻人类对光速性质的认识。

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