光速是怎樣測算出來的,為什麼光速不能被超越?

2020-12-05 MJ君科普

大家好,我是MJ君。眾所周知,真空中的光速是目前所發現的自然界物體運動的最大速度(我們的討論範圍不包括量子力學)。光速在真空中傳播每秒鐘約30萬公裡(299792.458km/s),太陽光以光速傳送到地球需要大約8分鐘的時間。阿爾伯特·愛因斯坦在他的相對論裡提出光速是不可以超越的,那麼為什麼光速不能被超越呢?

愛因斯坦

愛因斯坦在他的狹義相對論裡同時也提出了一個理論,那就是質量要隨物體的運動速度增大而增大(大家請不要以牛頓為代表的經典物理學理解,不懂勿噴),關於這個理論有一個公式:其中Mo就是物體靜止的質量,M是物體速度為V時的質量,C是光在真空的速度。

質量與速度的關係

換而言之,如果想要速度和光速一樣,它的動質量必須趨於無窮大,所以質量不為0的物體達到光速是不可能的。而光之所以擁有宇宙最快的速度,正是因為光子的靜質量為零,光子才始終以光速運動著。其他任何物體都是做不到的。 且光速與任何速度疊加,得到的仍然是光速。

光速

那麼光速時怎樣測量出來的呢?

1676年,丹麥天文學家O.C.羅默利用木星衛星的星蝕時間變化證實光是以有限速度傳播的。(羅默是第一個提出光速有限的天文學家)

1727年,英國天文學家J.布拉得雷利用恆星光行差現象估算出光速值為c=303000千米/秒。(J.布拉得雷又一次證實了羅默的理論,測量出來的光速比羅默的更加精確)

在這裡MJ君著重介紹以下O.C.羅默的方法:

羅默在觀察時所用的是木星每隔一定周期所出現的一次衛星蝕。他在觀察時注意到:連續兩次衛星蝕相隔的時間,當地球背離木星運動時,要比地球迎向木星運動時要長一些,他用光的傳播速度是有限的來解釋這個現象。光從木星發出(實際上是木星的衛星發出),當地球離開木星運動時,光必須追上地球,因而從地面上觀察木星的兩次衛星蝕相隔的時間,要比實際相隔的時間長一些。當地球迎向木星運動時,這個時間就短一些。因為衛星繞木星的周期不大(約為1.75天),所以上述時間差數,在最合適的時間不致超過15秒。

光傳播的距離變了,時間就跟著變了,也就是距離差除以時間差算出光速的。

總之,在現在的科學水平下,光速就是最快的,是不可超越的,但是也不排除以後科學界有什麼重大發現,推翻了光速最快的理論。到那時,也許整個相對論都會被推翻把。

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