普朗克长度(电磁波的最高频率是多少)
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2024-03-22
277
1. 普朗克长度,电磁波的最高频率是多少?
普朗克长度:有意义的最小可测量长度,它有光速以及普朗克常数和引力常数所决定,约等于1.6×10^-35M
即波长能小于普朗克长度:1.6×10^-35M,那么很自然最高频率就决定了!是多少呢?
约为:1.88×10^43Hz
这个光子具有多大的能量呢?
ε = hυ
h表示普朗克常量,v是电磁波的频率。
h=6.62607015×10-34 J·s
那么ε = 12457011882J
2016年,欧洲强子对撞机LHC制造出了高达750千兆电子伏特的超高能光子,换算成焦耳大约只有:0.00000012J
2. 普朗克的黑提辐射公式如何处理波长小于普朗克长度的部分?
1. Wien 公式
从热力学出发加上一些特殊的假设,得到一个分布公式:
dTCCd)/exp(231
Wien 公式在短波部分与实验还相符合,长波部分则明显不一致。
2. Rayleigh-Jeans 公式
dkTC
dJeansRayleigh2
38
公式
3. Planck 黑体辐射定律
4,普朗克的推导过程,自己去找
3. 我们能观测到的最短长度是多少?
我们能观测到的最短长度是多少?距离普朗克长度差多少?
测量长度一直以来都是最常见不过的操作了,无论是自驾游还是乘坐飞机或者高铁,首先我们都会有个大概的距离概念,比如距离目的地大概还有多少千米,当然地面上的距离和空中的距离稍稍有些区别,测量方法也一样,但这些宏观的距离中比如车轮周长测距,或者激光测距,或者根据地理经纬度计算出综合距离!但需要用显微镜放大下的世界又该如何测量长度呢?
光学显微镜测量长度熟悉精细结构制造行业的朋友肯定知道一种设备,叫做二次元测量仪,取了个二次元世界的名字,但却和大家了解的二次元世界没啥关系,它是用来测量细微结构的尺寸的,比如一个金属冲压件表面损伤的长度,或者PCB板上焊锡气泡的直径,甚至细微裂痕的长度与宽度!
测量厚度或者直径,我们可以用游标卡尺和千分尺,但这种需要显微镜才能看到的结构,两种常用工具就无能为力了!所以带着标尺的二次元测量仪应运而生,原理也很简单,放大倍数加上行程,即可计算出两点之间距离!
那么测量更精细的尺寸就很简单了,我们只要无限放大倍数即可,只要看得清我们就量得出,事实上也确实如此,但有一个问题,显微镜也有个极限分辨率,我们知道放大倍率越高就会越暗,但即使在保证无限强光的基础上,常规光学最高的分辨率只能达到光波长的一半,那么这台显微镜极限分辨率就知道了,做多也不过紫光的400nm的一半,也就是200纳米!
200纳米是多少?估计大家都不太有概念,但这个级别远不到原子就是了!
原子电子原子核长度测量理论上来看原子的半径很好测量,不过就是一个球体么,即使不能用可见光,那么能对紫外线感光甚至X光感光的的设备来对原子成像不久好了么?但事实上还真有一个问题,因为原子并非是汤姆逊的葡萄干布丁模型,而是薛定谔的电子云模型!
根据玻尔的概率论,电子是随机出现在某处的,根据海森堡不确定性理论,电子位置和动量无法同时测定,再根据薛定谔的波动方程中解的模平方,如果用三维坐标以图形表示的话,就是电子云!电子所以原子的直径到哪里为止?这是一个问题!因此根据不同的方式得到的原子半径将完全不一样,我们来看看几种方式:
玻尔原子半径:玻尔原子的有轨电子模型是错误的,但他的电子能级是正确的,因此以可以根据电子能级计算最外层轨道的直径,因此这个直径是计算出来的。
原子的共价半径:形成共价键的原子核之间距离一半即为共价半径,化学键的可以通过X射线,电子显微镜等来测量,再转动光谱计算出分子转动惯量,从而计算出共价键长度,最终确定原子的共价半径!这个方法算是测量+计算!
其他方式就不一一介绍了,除了这些外还有金属键半径、离子半径,这些方式跟共价半径类似,还有范德华半径等,但有一点必须要注意的是,无论哪种都需要X射线甚至电子显微镜的参与!我们来说说这个问题:
X射线比可见光波长更低,因此理论上它能看到更细的结构,但即使X射线也是有极限的,更低的就只能是电子显微镜了,大家都知道量子力学中互补原理的波粒二象性,电子能级越高那么波长越短,因此波长可以通过电子的能级就能简单搞定!因此在原子级别,基本就是电子隧道扫描显微镜的天下了!
原子核的测量其实原子核测量比原子测量早不知道多久完成,因为1909年卢瑟福和学生做的α散射就大概知道原子核的半径了,可以通过α粒子的散射角度求得,也许卢瑟福用的可能就是全球第一台粒子加速器撞击实验,只不过卢瑟福用的是不需要加速α粒子而已,这也预示着一个全新的未来,原子核尺度的世界,必须要用加速后的粒子能量去撞击才能获取了!
但在质子以下我们就没法知道比如夸克的尺寸了,因为夸克紧闭无法通过撞击使得夸克从质子或者中子中解放出来,但却可以通过撞击质子获得的信息发现内部的结构。
最小的极限长度是多长?上文我们说了测量原理,下面我们将测量所得的结果罗列下,看看我们达到了什么水准:
原子大小约为:10^-10米。质子和中子大小约为:10^-15米。电子的大小约为:10^-19米基本上就是我们测量的极限了,但普朗克长度比这个小多了,它是长度不可分割的最小单位,约为:1.61624(12)×10^-35米,当然电子比它不知道大了XXXXXXX亿倍,当然有热心的朋友会友情提醒,德布罗意波波长会小于普朗克长度!
在电子的尺度下,德布罗意波是一个必须考虑的问题,但到了宏观尺度下,根据德布罗意的波长计算公式,波长会变得极小,物体的波动性几乎可以忽略,所以我们不用担心宏观物体的海森堡不确定性,因为它的波动极小,我们测量不会有偶任何问题!
4. 求长度单位的符号?
常用单位
常用的长度单位有:公里{千米} (km)、分米(dm)、厘米(cm)、毫米(mm)、微米(μm)、纳米(nm)、皮米(pm)、飞米(fm)。
(1)公里
公里又称千米,是个长度单位,缩写为“km”,通常用于衡量两地之间的距离。其常用换算关系如下:1千米(公里)= 1,000米(公尺)= 100,000厘米(公分) = 1,000,000毫米(公厘);1.61公里= 1英里。
(2)米
国际单位制的长度单位“米”(meter,metre)起源于法国。1790年5月由法国科学家组成的特别委员会,建议以通过巴黎的地球子午线全长的四千万分之一作为长度单位 — 米,1791年获法国国会批准。为了制造出表征米的量值的基准器,在法国天文学家捷梁布尔和密伸的领导下,于1792~1799年,对法国敦克尔克至西班牙的巴塞罗那进行了测量。1799年根据测量结果制成一根3.5毫米×25毫米短形截面的铂杆(platinum metre bar),以此杆两端之间的距离定为1米,并交法国档案局保管,所以也称为“档案米”。这就是最早的米定义[3]。
由于档案米的变形情况严重,于是,1872年放弃了“档案米”的米定义,而以铂依合金(90%的铂和10%的铱)制造的米原器作为长度的单位。米原器是根据“档案米”的长度制造的,当时共制出了31只,截面近似呈X形,把档案米的长度以两条宽度为6~8微米的刻线刻在尺子的凹槽(中性面)上。1889年在第一次国际计量大会上,把经国际计量局鉴定的第6号米原器(31只米原器中在0℃时最接近档案米的长度的一只)选作国际米原器,并作为世界上最有的长度基准器保存在巴黎国际计量局的地下室中,其余的尺子作为副尺分发给与会各国。规定在周围空气温度为0℃时,米原器两端中间刻线之间的距离为1米。1927年第七届国际计量大会又对米定义作了严格的规定,除温度要求外,还提出了米原器须保存在1标准大气压下,并对其放置方法作出了具体规定。
但是使用米原器作为米的客观标准也存在很多缺点,如材料变形;测量精度不高(只能达0.1μm)。很难满足计量学和其他精密测量的需要。另外,万一米原器损坏,复制将无所依据,特别是复制品很难保证与原器完全一致,给各国使用带来了困难。因此,采用自然量值作为单位基准器的设想一直为人们所向往。20世纪50年代,随着同位素光谱光源的发展。发现了宽度很窄的氪-86同位素谱线,加上干涉技术的成功,人们终于找到了一种不易毁坏的自然标准,即以光波波长作为长度单位的自然基准。
这一自然基准,性能稳定,没有变形问题,容易复现,而且具有很高的复现精度。中国于1963年也建立了氪-86同位素长度基准。米的定义更改后,国际米原器仍按原规定保存在国际计量局。随着科学技术的进步,70年代以来,对时间和光速的测定,都达到了很高的精确度。因此,1983年10月在巴黎召开的第十七届国际计量大会上又通过了米的新定义:“米是1/299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度”。这样,基于光谱线波长的米的定义就被新的米定义所替代了。
(3)分米
分米(decimeter或dm)是长度的公制单位之一,1分米相当于1米的十分之一。其常用换算关系如下:1分米 = 0.0001千米(km) = 0.1米(m) =10厘米(cm) = 100毫米(mm)。
(4)厘米
厘米,长度单位;英文:centimetre(s),简写(符号)为:cm。有关厘米的单位转换如下:1厘米 = 10毫米 = 0.1分米 = 0.01米 = 0.00001千米。
(5)毫米
毫米,又称公厘(或公釐),是长度单位和降雨量单位,符号㎜。1毫米相当于1米的一千分之一(此即为「毫」的字义)。进制关系如下:1毫米=0.1厘米=0.01分米=0.001米=0.000001千米。
(6)微米
微米是长度单位,符号 [micron],读作[miú]。1微米相当于1米的一百万分之一(此即为「微」的字义)。换算关系如下:1微米(μm) = 1 000纳米(nm) = 0.001毫米(mm) = 0.000 1厘米(cm) 。
(7)纳米
纳米(符号为nm)是长度单位,原称毫微米,就是10-9米(10亿分之一米)。如同厘米、分米和米一样,是长度的度量单位。相当于4倍原子大小,比单个细菌的长度还要小。单个细菌微生物用肉眼是根本看不到的,用显微镜测直径大约是五微米,也就是五千纳米。举个例子来说,假设一根头发的直径是0.05毫米,把它径向平均剖成5万根,每根的厚度大约就是一纳米。也就是说,一纳米大约就是0.000001毫米,纳米科学与技术,有时简称为纳米技术,是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。
(8)皮米(pm)
皮米(picometer或pm)是长度单位,1皮米相当于1米的一万亿分之一。有时在原子物理学中称为微微米(micromicron)。换算关系如下:1皮米=10-12米=0.001 纳米(nm) =0.000 001 微米(μm)。
天文单位
(1)光年
在天文学中常用“光年”来做长度单位,它是真空状态下光1年所走过的距离,也因此被称为光年。1ly = 9.46x1015m,但习惯上说光年是距离单位。另一个常用的长度单位是“秒差距”,它是指周年视差为1秒的距离。1秒差距 = 3.26164光年,此外还有“天文单位”这个常用的长度单位。1天文单位 ≈ 1.496亿千米,还有诸如千秒差距、兆秒差距这样的天文单位,也常用到。
(2)秒差距
秒差距(英文Parsec,缩写pc)是天文学上的一种长度单位。秒差距是一种最古老的,同时也是最标准的测量恒星距离的方法。它是建立在三角视差的基础上的。从地球公转轨道的平均半径(一个天文单位,AU)为底边所对应的三角形内角称为视差。当这个角的大小为1秒时,这个三角形(由于1秒的角的所对应的两条边的长度差异完全可以忽略,因此,这个三角形可以想象成直角三角形,也可以想象成等腰三角形)的一条边的长度(地球到这个恒星的距离)就称为1秒差距。秒差距主要用于量度太阳系外天体的距离。1 秒差距等于 3.26164光年,或206265天文单位,或30.8568万亿千米。在测量遥远星系时,秒差距单位太小,常用千秒差距(Kpc)和百万秒差距(Mpc)为单位。
千秒差距:天文长度单位,缩写为Kpc,常用。1千秒差距(Kpc)=1000秒差距。
百万秒差距:天文长度单位,缩写为Mpc,常用。
吉秒差距:吉秒差距比Mpc还大的单位,天文长度单位,缩写为Gpc。但较不常用。
(3)天文单位
天文单位(英文:Astronomical Unit,简写AU、au 或 ua.)是一个长度的单位,约等于地球跟太阳的平均距离。天文常数之一。天文学中测量距离,特别是测量太阳系内天体之间的距离的基本单位,地球到太阳的平均距离为一个天文单位。一天文单位约等于1.496亿千米。1976年,国际天文学联会把一天文单位定义为一颗质量可忽略、公转轨道不受干扰而且公转周期为365.2568983日(即一高斯年)的粒子与一个质量相等约一个太阳的物体的距离。当前被接受的天文单位是149,597,870,691±30米(约一亿五千万公里或9300万英里)。一个天文单位的距离,相当于地球到太阳的平均距离,约1.496×108km。
(4)月距
LD≈384402千米,指地球中心与月亮中心之间的平均距离。
(5)地径
R⊕≈6371千米,指地球半径的距离。
(6)太米
太米(Terametre,符号Tm,大陆称太米,台湾称兆米,又称垓米)是一个极其罕用的长度单位,1 Tm = 1012米 = 6.7天文单位,在这个数量级的长度,通常使用科学计数法或者其他单位如天文单位来表示。
(7)光分
指光在真空中行走的距离,它是由时间和速度计算出来的,光行走一分钟的时间叫“一光分”。因为真空中的光速是每秒299,792,458米,所以一光分就等于17987547.5公里。
(8)光秒
光秒,长度单位,指光在真空中行走的距离,它是由时间和速度计算出来的,光行走一秒钟的距离叫“一光秒”。一光秒接近30万公里,即3.0×108米。更正式的定义为:在一秒钟的时间里,在自由空间以及距离任何引力场或磁场无限远的地方,一光子所行走的距离。光秒的英文原名light second,来自于中国天文学会天文学名词审定委员会审定发布的天文学专有名词中文译名,是天文学专有名词。
(9)京米
京米,又称吉米,是公制的长度单位之一。为10的9次方米,这个单位对于地理学来说太大,但在天文学上偶尔与天文单位一起被用作表示诸如行星及其恒星的距离。
特殊单位
(1)埃格斯特朗
在实际中还经常使用到的一种单位埃格斯特朗(简称埃,符号Å Å)是一个长度单位。埃格斯特朗这个单位是为了纪念瑞典科学家安德斯·埃格斯特朗而命名的。埃格斯特朗是光谱学的创始人之一,他为太阳光谱的辐射波长制作了谱图,以10-10米为单位。它不是国际制单位,但是可与国际制单位进行换算,即1 Å = 10-10米 = 0.1纳米。它一般用于原子半径、键长和可见光的波长。譬如,原子的平均直径(由经验上的半径计算得)在0.5埃(氢)和3.8埃(铀,最重的天然元素)之间。它还被广泛应用于结构生物学。
(2)普朗克长度( Pl)
有意义的最小可测长度。普朗克长度由引力常数、光速和普朗克常数的相对数值决定,它大致等于1.6x10的-35次方米,即1.6x10-33厘米,是一个质子直径的1022分之一。
(3)丝米
丝米,一种用于计算长度、容量和重量的微小单。十忽为一丝,十丝为一毫。其缩写为:dmm。1丝米=1/10000米。
(4)忽米
忽米,长度单位,缩写为:cmm。1忽米=1/100,000米= 10微米= 0.1丝米= 0.01毫米。
(5)飞米
飞米(femtometer或fm)是长度单位,1飞米相当于10的负15次幂米。1飞米-质子(也可能是中子)的细部大约是一个原子核的大小。其常用换算关系如下:1飞米=0.001皮米(pm) =0.000 001纳米(nm)
(6)阿米
阿米(attometer 或 am)是长度单位,1阿米相当于10-18米。换算关系如下:1阿米=0.001飞米(fm) =0.000 001皮米(pm) =0.000 000 001 纳米(nm)。
(7)仄米
仄([zè])米( zepto,音译“介米”)是一个不常用的单位,1仄米相当于10-21米。
(8)幺米
幺米,英文符号ym,也称为攸米,是公认的最小的长度单位。1幺米为1ym = 10-24m = 1.0570x10-40光年 =0.001仄米。
5. 有普朗克长度也量不了的物体吗?
没有。
普朗克长度不是用来度量某物体的,它是给物理可测量范围的最小值划定的一个界限。
也就是说,小于普朗克长度,从理论上讲就不能用物理方法测量了。根据广义相对论和量子力学,当尺度小于普朗克长度时,经典的引力和时空就开始失效,使测量变得无意义。
普朗克长度等于普朗克时间乘以光速,其值约为10-33cm。
我们在高中学过的传统经典物理学是连续的,这意味着仅仅描述一条直线,就需要动用一个数目无穷多的点集。而量子物理实际上是数码的,在量子力学中存在一个最小的尺寸,比它更小是不可能达到的,也就是普朗克长度。
6. 有人说世界的本质可能隐藏在普朗克尺度以下?
不可能。因为世界无论怎么定义都离不开存在这个本质。而普朗克常数是物质是否存在的基本条件。普朗克以下没有尺寸,时间,形态等等物质存在的必要条件。所以世界的本质是由普朗克常数决定而不是其它。普朗克以下就是不存在的世界。
7. 太空的长度单位有哪些?
1、常用长度单位
主要有公里、分米、厘米、毫米、微米、纳米、皮米、飞米,这些单位都是我们生活领域中需要用到的。
2、天文长度单位
主要包括光年、秒差距、天文单位、月距、地径、太米、光分、光秒、京米,天文单位多是用来表示天体之间的距离。
3、特殊长度单位
特殊长度单位有埃格斯特朗、普朗克长度、丝米、忽米、飞米、阿米、仄米、幺米。主要用来表示一些比较微小的元素的长度,例如原子等
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1. 普朗克长度,电磁波的最高频率是多少?
普朗克长度:有意义的最小可测量长度,它有光速以及普朗克常数和引力常数所决定,约等于1.6×10^-35M
即波长能小于普朗克长度:1.6×10^-35M,那么很自然最高频率就决定了!是多少呢?
约为:1.88×10^43Hz
这个光子具有多大的能量呢?
ε = hυ
h表示普朗克常量,v是电磁波的频率。
h=6.62607015×10-34 J·s
那么ε = 12457011882J
2016年,欧洲强子对撞机LHC制造出了高达750千兆电子伏特的超高能光子,换算成焦耳大约只有:0.00000012J
2. 普朗克的黑提辐射公式如何处理波长小于普朗克长度的部分?
1. Wien 公式
从热力学出发加上一些特殊的假设,得到一个分布公式:
dTCCd)/exp(231
Wien 公式在短波部分与实验还相符合,长波部分则明显不一致。
2. Rayleigh-Jeans 公式
dkTC
dJeansRayleigh2
38
公式
3. Planck 黑体辐射定律
4,普朗克的推导过程,自己去找
3. 我们能观测到的最短长度是多少?
我们能观测到的最短长度是多少?距离普朗克长度差多少?
测量长度一直以来都是最常见不过的操作了,无论是自驾游还是乘坐飞机或者高铁,首先我们都会有个大概的距离概念,比如距离目的地大概还有多少千米,当然地面上的距离和空中的距离稍稍有些区别,测量方法也一样,但这些宏观的距离中比如车轮周长测距,或者激光测距,或者根据地理经纬度计算出综合距离!但需要用显微镜放大下的世界又该如何测量长度呢?
光学显微镜测量长度熟悉精细结构制造行业的朋友肯定知道一种设备,叫做二次元测量仪,取了个二次元世界的名字,但却和大家了解的二次元世界没啥关系,它是用来测量细微结构的尺寸的,比如一个金属冲压件表面损伤的长度,或者PCB板上焊锡气泡的直径,甚至细微裂痕的长度与宽度!
测量厚度或者直径,我们可以用游标卡尺和千分尺,但这种需要显微镜才能看到的结构,两种常用工具就无能为力了!所以带着标尺的二次元测量仪应运而生,原理也很简单,放大倍数加上行程,即可计算出两点之间距离!
那么测量更精细的尺寸就很简单了,我们只要无限放大倍数即可,只要看得清我们就量得出,事实上也确实如此,但有一个问题,显微镜也有个极限分辨率,我们知道放大倍率越高就会越暗,但即使在保证无限强光的基础上,常规光学最高的分辨率只能达到光波长的一半,那么这台显微镜极限分辨率就知道了,做多也不过紫光的400nm的一半,也就是200纳米!
200纳米是多少?估计大家都不太有概念,但这个级别远不到原子就是了!
原子电子原子核长度测量理论上来看原子的半径很好测量,不过就是一个球体么,即使不能用可见光,那么能对紫外线感光甚至X光感光的的设备来对原子成像不久好了么?但事实上还真有一个问题,因为原子并非是汤姆逊的葡萄干布丁模型,而是薛定谔的电子云模型!
根据玻尔的概率论,电子是随机出现在某处的,根据海森堡不确定性理论,电子位置和动量无法同时测定,再根据薛定谔的波动方程中解的模平方,如果用三维坐标以图形表示的话,就是电子云!电子所以原子的直径到哪里为止?这是一个问题!因此根据不同的方式得到的原子半径将完全不一样,我们来看看几种方式:
玻尔原子半径:玻尔原子的有轨电子模型是错误的,但他的电子能级是正确的,因此以可以根据电子能级计算最外层轨道的直径,因此这个直径是计算出来的。
原子的共价半径:形成共价键的原子核之间距离一半即为共价半径,化学键的可以通过X射线,电子显微镜等来测量,再转动光谱计算出分子转动惯量,从而计算出共价键长度,最终确定原子的共价半径!这个方法算是测量+计算!
其他方式就不一一介绍了,除了这些外还有金属键半径、离子半径,这些方式跟共价半径类似,还有范德华半径等,但有一点必须要注意的是,无论哪种都需要X射线甚至电子显微镜的参与!我们来说说这个问题:
X射线比可见光波长更低,因此理论上它能看到更细的结构,但即使X射线也是有极限的,更低的就只能是电子显微镜了,大家都知道量子力学中互补原理的波粒二象性,电子能级越高那么波长越短,因此波长可以通过电子的能级就能简单搞定!因此在原子级别,基本就是电子隧道扫描显微镜的天下了!
原子核的测量其实原子核测量比原子测量早不知道多久完成,因为1909年卢瑟福和学生做的α散射就大概知道原子核的半径了,可以通过α粒子的散射角度求得,也许卢瑟福用的可能就是全球第一台粒子加速器撞击实验,只不过卢瑟福用的是不需要加速α粒子而已,这也预示着一个全新的未来,原子核尺度的世界,必须要用加速后的粒子能量去撞击才能获取了!
但在质子以下我们就没法知道比如夸克的尺寸了,因为夸克紧闭无法通过撞击使得夸克从质子或者中子中解放出来,但却可以通过撞击质子获得的信息发现内部的结构。
最小的极限长度是多长?上文我们说了测量原理,下面我们将测量所得的结果罗列下,看看我们达到了什么水准:
原子大小约为:10^-10米。质子和中子大小约为:10^-15米。电子的大小约为:10^-19米基本上就是我们测量的极限了,但普朗克长度比这个小多了,它是长度不可分割的最小单位,约为:1.61624(12)×10^-35米,当然电子比它不知道大了XXXXXXX亿倍,当然有热心的朋友会友情提醒,德布罗意波波长会小于普朗克长度!
在电子的尺度下,德布罗意波是一个必须考虑的问题,但到了宏观尺度下,根据德布罗意的波长计算公式,波长会变得极小,物体的波动性几乎可以忽略,所以我们不用担心宏观物体的海森堡不确定性,因为它的波动极小,我们测量不会有偶任何问题!
4. 求长度单位的符号?
常用单位
常用的长度单位有:公里{千米} (km)、分米(dm)、厘米(cm)、毫米(mm)、微米(μm)、纳米(nm)、皮米(pm)、飞米(fm)。
(1)公里
公里又称千米,是个长度单位,缩写为“km”,通常用于衡量两地之间的距离。其常用换算关系如下:1千米(公里)= 1,000米(公尺)= 100,000厘米(公分) = 1,000,000毫米(公厘);1.61公里= 1英里。
(2)米
国际单位制的长度单位“米”(meter,metre)起源于法国。1790年5月由法国科学家组成的特别委员会,建议以通过巴黎的地球子午线全长的四千万分之一作为长度单位 — 米,1791年获法国国会批准。为了制造出表征米的量值的基准器,在法国天文学家捷梁布尔和密伸的领导下,于1792~1799年,对法国敦克尔克至西班牙的巴塞罗那进行了测量。1799年根据测量结果制成一根3.5毫米×25毫米短形截面的铂杆(platinum metre bar),以此杆两端之间的距离定为1米,并交法国档案局保管,所以也称为“档案米”。这就是最早的米定义[3]。
由于档案米的变形情况严重,于是,1872年放弃了“档案米”的米定义,而以铂依合金(90%的铂和10%的铱)制造的米原器作为长度的单位。米原器是根据“档案米”的长度制造的,当时共制出了31只,截面近似呈X形,把档案米的长度以两条宽度为6~8微米的刻线刻在尺子的凹槽(中性面)上。1889年在第一次国际计量大会上,把经国际计量局鉴定的第6号米原器(31只米原器中在0℃时最接近档案米的长度的一只)选作国际米原器,并作为世界上最有的长度基准器保存在巴黎国际计量局的地下室中,其余的尺子作为副尺分发给与会各国。规定在周围空气温度为0℃时,米原器两端中间刻线之间的距离为1米。1927年第七届国际计量大会又对米定义作了严格的规定,除温度要求外,还提出了米原器须保存在1标准大气压下,并对其放置方法作出了具体规定。
但是使用米原器作为米的客观标准也存在很多缺点,如材料变形;测量精度不高(只能达0.1μm)。很难满足计量学和其他精密测量的需要。另外,万一米原器损坏,复制将无所依据,特别是复制品很难保证与原器完全一致,给各国使用带来了困难。因此,采用自然量值作为单位基准器的设想一直为人们所向往。20世纪50年代,随着同位素光谱光源的发展。发现了宽度很窄的氪-86同位素谱线,加上干涉技术的成功,人们终于找到了一种不易毁坏的自然标准,即以光波波长作为长度单位的自然基准。
这一自然基准,性能稳定,没有变形问题,容易复现,而且具有很高的复现精度。中国于1963年也建立了氪-86同位素长度基准。米的定义更改后,国际米原器仍按原规定保存在国际计量局。随着科学技术的进步,70年代以来,对时间和光速的测定,都达到了很高的精确度。因此,1983年10月在巴黎召开的第十七届国际计量大会上又通过了米的新定义:“米是1/299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度”。这样,基于光谱线波长的米的定义就被新的米定义所替代了。
(3)分米
分米(decimeter或dm)是长度的公制单位之一,1分米相当于1米的十分之一。其常用换算关系如下:1分米 = 0.0001千米(km) = 0.1米(m) =10厘米(cm) = 100毫米(mm)。
(4)厘米
厘米,长度单位;英文:centimetre(s),简写(符号)为:cm。有关厘米的单位转换如下:1厘米 = 10毫米 = 0.1分米 = 0.01米 = 0.00001千米。
(5)毫米
毫米,又称公厘(或公釐),是长度单位和降雨量单位,符号㎜。1毫米相当于1米的一千分之一(此即为「毫」的字义)。进制关系如下:1毫米=0.1厘米=0.01分米=0.001米=0.000001千米。
(6)微米
微米是长度单位,符号 [micron],读作[miú]。1微米相当于1米的一百万分之一(此即为「微」的字义)。换算关系如下:1微米(μm) = 1 000纳米(nm) = 0.001毫米(mm) = 0.000 1厘米(cm) 。
(7)纳米
纳米(符号为nm)是长度单位,原称毫微米,就是10-9米(10亿分之一米)。如同厘米、分米和米一样,是长度的度量单位。相当于4倍原子大小,比单个细菌的长度还要小。单个细菌微生物用肉眼是根本看不到的,用显微镜测直径大约是五微米,也就是五千纳米。举个例子来说,假设一根头发的直径是0.05毫米,把它径向平均剖成5万根,每根的厚度大约就是一纳米。也就是说,一纳米大约就是0.000001毫米,纳米科学与技术,有时简称为纳米技术,是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。
(8)皮米(pm)
皮米(picometer或pm)是长度单位,1皮米相当于1米的一万亿分之一。有时在原子物理学中称为微微米(micromicron)。换算关系如下:1皮米=10-12米=0.001 纳米(nm) =0.000 001 微米(μm)。
天文单位
(1)光年
在天文学中常用“光年”来做长度单位,它是真空状态下光1年所走过的距离,也因此被称为光年。1ly = 9.46x1015m,但习惯上说光年是距离单位。另一个常用的长度单位是“秒差距”,它是指周年视差为1秒的距离。1秒差距 = 3.26164光年,此外还有“天文单位”这个常用的长度单位。1天文单位 ≈ 1.496亿千米,还有诸如千秒差距、兆秒差距这样的天文单位,也常用到。
(2)秒差距
秒差距(英文Parsec,缩写pc)是天文学上的一种长度单位。秒差距是一种最古老的,同时也是最标准的测量恒星距离的方法。它是建立在三角视差的基础上的。从地球公转轨道的平均半径(一个天文单位,AU)为底边所对应的三角形内角称为视差。当这个角的大小为1秒时,这个三角形(由于1秒的角的所对应的两条边的长度差异完全可以忽略,因此,这个三角形可以想象成直角三角形,也可以想象成等腰三角形)的一条边的长度(地球到这个恒星的距离)就称为1秒差距。秒差距主要用于量度太阳系外天体的距离。1 秒差距等于 3.26164光年,或206265天文单位,或30.8568万亿千米。在测量遥远星系时,秒差距单位太小,常用千秒差距(Kpc)和百万秒差距(Mpc)为单位。
千秒差距:天文长度单位,缩写为Kpc,常用。1千秒差距(Kpc)=1000秒差距。
百万秒差距:天文长度单位,缩写为Mpc,常用。
吉秒差距:吉秒差距比Mpc还大的单位,天文长度单位,缩写为Gpc。但较不常用。
(3)天文单位
天文单位(英文:Astronomical Unit,简写AU、au 或 ua.)是一个长度的单位,约等于地球跟太阳的平均距离。天文常数之一。天文学中测量距离,特别是测量太阳系内天体之间的距离的基本单位,地球到太阳的平均距离为一个天文单位。一天文单位约等于1.496亿千米。1976年,国际天文学联会把一天文单位定义为一颗质量可忽略、公转轨道不受干扰而且公转周期为365.2568983日(即一高斯年)的粒子与一个质量相等约一个太阳的物体的距离。当前被接受的天文单位是149,597,870,691±30米(约一亿五千万公里或9300万英里)。一个天文单位的距离,相当于地球到太阳的平均距离,约1.496×108km。
(4)月距
LD≈384402千米,指地球中心与月亮中心之间的平均距离。
(5)地径
R⊕≈6371千米,指地球半径的距离。
(6)太米
太米(Terametre,符号Tm,大陆称太米,台湾称兆米,又称垓米)是一个极其罕用的长度单位,1 Tm = 1012米 = 6.7天文单位,在这个数量级的长度,通常使用科学计数法或者其他单位如天文单位来表示。
(7)光分
指光在真空中行走的距离,它是由时间和速度计算出来的,光行走一分钟的时间叫“一光分”。因为真空中的光速是每秒299,792,458米,所以一光分就等于17987547.5公里。
(8)光秒
光秒,长度单位,指光在真空中行走的距离,它是由时间和速度计算出来的,光行走一秒钟的距离叫“一光秒”。一光秒接近30万公里,即3.0×108米。更正式的定义为:在一秒钟的时间里,在自由空间以及距离任何引力场或磁场无限远的地方,一光子所行走的距离。光秒的英文原名light second,来自于中国天文学会天文学名词审定委员会审定发布的天文学专有名词中文译名,是天文学专有名词。
(9)京米
京米,又称吉米,是公制的长度单位之一。为10的9次方米,这个单位对于地理学来说太大,但在天文学上偶尔与天文单位一起被用作表示诸如行星及其恒星的距离。
特殊单位
(1)埃格斯特朗
在实际中还经常使用到的一种单位埃格斯特朗(简称埃,符号Å Å)是一个长度单位。埃格斯特朗这个单位是为了纪念瑞典科学家安德斯·埃格斯特朗而命名的。埃格斯特朗是光谱学的创始人之一,他为太阳光谱的辐射波长制作了谱图,以10-10米为单位。它不是国际制单位,但是可与国际制单位进行换算,即1 Å = 10-10米 = 0.1纳米。它一般用于原子半径、键长和可见光的波长。譬如,原子的平均直径(由经验上的半径计算得)在0.5埃(氢)和3.8埃(铀,最重的天然元素)之间。它还被广泛应用于结构生物学。
(2)普朗克长度( Pl)
有意义的最小可测长度。普朗克长度由引力常数、光速和普朗克常数的相对数值决定,它大致等于1.6x10的-35次方米,即1.6x10-33厘米,是一个质子直径的1022分之一。
(3)丝米
丝米,一种用于计算长度、容量和重量的微小单。十忽为一丝,十丝为一毫。其缩写为:dmm。1丝米=1/10000米。
(4)忽米
忽米,长度单位,缩写为:cmm。1忽米=1/100,000米= 10微米= 0.1丝米= 0.01毫米。
(5)飞米
飞米(femtometer或fm)是长度单位,1飞米相当于10的负15次幂米。1飞米-质子(也可能是中子)的细部大约是一个原子核的大小。其常用换算关系如下:1飞米=0.001皮米(pm) =0.000 001纳米(nm)
(6)阿米
阿米(attometer 或 am)是长度单位,1阿米相当于10-18米。换算关系如下:1阿米=0.001飞米(fm) =0.000 001皮米(pm) =0.000 000 001 纳米(nm)。
(7)仄米
仄([zè])米( zepto,音译“介米”)是一个不常用的单位,1仄米相当于10-21米。
(8)幺米
幺米,英文符号ym,也称为攸米,是公认的最小的长度单位。1幺米为1ym = 10-24m = 1.0570x10-40光年 =0.001仄米。
5. 有普朗克长度也量不了的物体吗?
没有。
普朗克长度不是用来度量某物体的,它是给物理可测量范围的最小值划定的一个界限。
也就是说,小于普朗克长度,从理论上讲就不能用物理方法测量了。根据广义相对论和量子力学,当尺度小于普朗克长度时,经典的引力和时空就开始失效,使测量变得无意义。
普朗克长度等于普朗克时间乘以光速,其值约为10-33cm。
我们在高中学过的传统经典物理学是连续的,这意味着仅仅描述一条直线,就需要动用一个数目无穷多的点集。而量子物理实际上是数码的,在量子力学中存在一个最小的尺寸,比它更小是不可能达到的,也就是普朗克长度。
6. 有人说世界的本质可能隐藏在普朗克尺度以下?
不可能。因为世界无论怎么定义都离不开存在这个本质。而普朗克常数是物质是否存在的基本条件。普朗克以下没有尺寸,时间,形态等等物质存在的必要条件。所以世界的本质是由普朗克常数决定而不是其它。普朗克以下就是不存在的世界。
7. 太空的长度单位有哪些?
1、常用长度单位
主要有公里、分米、厘米、毫米、微米、纳米、皮米、飞米,这些单位都是我们生活领域中需要用到的。
2、天文长度单位
主要包括光年、秒差距、天文单位、月距、地径、太米、光分、光秒、京米,天文单位多是用来表示天体之间的距离。
3、特殊长度单位
特殊长度单位有埃格斯特朗、普朗克长度、丝米、忽米、飞米、阿米、仄米、幺米。主要用来表示一些比较微小的元素的长度,例如原子等
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