恆定的光速:愛因斯坦的狹義相對論經受住了高能試驗

2020-12-05 科學源點

洛倫茲不變性,以荷蘭物理學家亨德裡克·洛倫茲的名字命名,這個概念認為對於整個宇宙的觀測者來說,物理定律是一樣的,無論他們在哪裡或移動的速度有多快。洛倫茲不變性是狹義相對論的核心,狹義相對論預言,在真空中,無論在什麼情況下,光速都是恆定的常數。

在迄今為止的所有測量中,這個速度確實是恆定的,即使是科學家使用粒子加速器可以在地球上產生的最高能量水平下進行的測量。 一項新的研究報導說,還具有更高的能量,這些能量是由劇烈的天體物理學現象產生的。

研究小組分析了由墨西哥普埃布拉州一座火山肩上的300個水箱組成的高海拔切倫科夫(HAWC)觀測站收集的數據。這些容器內的靈敏探測器能夠測量高能伽馬射線撞擊地球大氣層分子時產生的粒子級聯。據《物理評論快報》(Physical Review Letters)在線發表的最新研究報告稱,觀測臺已經探測到能量超過100萬億電子伏特的光子跡象,這些光子的能量比可見光的能量高出約1萬億倍。

這是一件大事,因為它表明即使是那些極強的光子也沒有超過宇宙的速度極限。研究小組成員說,如果它們的速度超過每秒299791公裡,它們就會衰變為低能量粒子,永遠無法到達水箱探測器。

新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室天體物理學家、HAWC科學合作組織成員帕特·哈丁在一份聲明中說:「相對論在非常高的能量下的行為對我們周圍的世界有著真正的影響。大多數量子引力模型都說,相對論的行為將在非常高的能量下崩潰。現在我們對這種高能光子的觀測,完全提高了相對論所能容納的能量尺度,超過了百分之一。」

將來,HAWC將繼續獲取更多的數據,並把最高能量改進探測器和分析技術納入其中,進一步推高這些限制,從而提供更嚴格的狹義相對論檢驗。

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  • 恆定的光速:愛因斯坦的狹義相對論經受住了高能量測試的考驗
    洛倫茲不變性是狹義相對論的核心,它預測在任何情況下,真空中的光速都是恆定的每秒186,282英裡(299,791公裡)。迄今為止,該速度確實在所有的測量中都是恆定的,即使是在科學家們使用粒子加速器產生的地球上最高能量水平下進行的測量。
  • 事實再一次證明:愛因斯坦的狹義相對論是對的!
    近日,偉大科學家阿爾伯特·愛因斯坦的狹義相對論經受住了迄今為止最嚴峻的考驗。狹義相對論已經成功預言了牛頓經典物理學所沒有的一些新效應,已經成為現代物理理論的基礎之一!我們知道,愛因斯坦的狹義相對論核心方程式是洛倫茲變換,而該理論的出發點是兩條基本假設:狹義相對性原理和光速不變原理。
  • 通俗理解狹義相對論的兩個基本原理
    有關「場」的理論,之所以在20世紀被人們廣泛接受並得到迅速發展,完全是因為麥克斯韋電磁場理論經受住了各種考驗,立住了腳。因為相對論,電磁場理論不僅能夠成立,而且還能描述高速運動現象。所以我們在討論場時,不能忽視狹義相對論的兩個基本原理。
  • 愛因斯坦的光速不變原理是永遠正確的嗎?
    阿爾伯特·愛因斯坦的狹義相對論經受住了迄今為止最嚴峻的考驗。洛倫茲不變性是一個以荷蘭物理學家亨德裡克·洛倫茲的名字命名的概念,它認為物理定律對整個宇宙的觀察者都是一樣的,不管他們在哪裡,也不管他們移動的速度有多快。洛倫茲不變性是狹義相對論的核心。
  • 愛因斯坦的狹義相對論:如何克服光速並穿越世界的?
    大約100年前,阿爾伯特·愛因斯坦發表了一些具有開創性的聲明,談到了在太空中高速飛行的人所面臨的挑戰。特別是關於他們將如何「體驗」時間的問題。雖然大多數人認為時間是恆定的,但愛因斯坦的「狹義相對論」證明了,隨著時間的推移,一個物體會相對於它周圍的環境移動得很快。一個人在穿越太空的速度越快,那麼他對時間的感知就會變化得越多。這種現象被稱為時間膨脹。
  • 愛因斯坦的「狹義相對論」
    愛因斯坦提起愛因斯坦,可謂是家喻戶曉,但是關於他提出的「狹義相對論」,又有多少人知道呢?狹義相對論包含了兩個基本原理:狹義相對性原理和光速不變原理。所謂狹義相對性原理就是說所有物理定律在所有慣性參考系中都是有效的;光速不變原理就是說光總是以一個確定的速度傳播,傳播速度的大小與光源的運動狀態沒有關係。在經典力學中,物體的運動速度跟觀察者所處的慣性參考系統有關,而光速不變原理卻與之不相容。有了這兩條基本原理,我們才能更好地理解狹義相對論。
  • 為什麼愛因斯坦狹義相對論中的光速不能被超越?
    事實上,牛頓力學是這樣認為,叫做速度疊加公式,而愛因斯坦的狹義相對論中也有速度疊加公式,它的速度疊加公式是符合光速不變的假設的。牛頓力學的速度疊加公式牛頓是一個非常偉大的科學家,他的偉大成就不僅僅是提出了微積分,而且提出了牛頓三大定理,以慣性係為基礎,提出了宏觀、低速的條件下力的運動規律。
  • 美國物理學家精確實驗 證實愛因斯坦狹義相對論
    新華網洛杉磯12月22日電(記者陳勇)美國國家標準技術研究所和麻省理工學院的物理學家說,他們通過迄今最直接、最精確的實驗證明了愛因斯坦狹義相對論中著名的質能公式。  質能公式(E=MC2)指出,物質的總能量相當於其質量乘以光速的平方。它表明能量和質量可以互相轉換,而光速是恆定不變的常數。
  • 光速並非恆定 而是越來越慢?
    1905年,26歲的阿爾伯特·愛因斯坦提出狹義相對論,從此改變了物理學的發展軌跡。狹義相對論描繪了時間與空間的關係,它建立在兩條基本假設的基礎上:物理定律對於所有的勻速運動的觀察者來說都相同;真空中的光速對任何觀察者來說恆定不變。在過去的一個世紀內,愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論都經受住了實驗的檢驗,並且能夠用於解釋許多物理現象,包括宇宙的起源。但在20世紀90年代末期,少數幾位物理學家向狹義相對論的一條基本假設發起了挑戰。
  • 為什麼廣義相對論比狹義相對論更完善?原因就在這裡!
    愛因斯坦有兩大著名的相對論,一個是狹義相對論,另一個則是廣義相對論。狹義相對論的提出早於廣義,並且狹義相對論的範圍並沒有廣義那麼大,而且不涉及引力。在愛因斯坦提出狹義相對論之後不久大約10年,廣義相對論便誕生了。
  • 宇宙膨脹速度可以超光速?狹義相對論受到前所未有的挑戰?
    我們都知道愛因斯坦認為任何物體不能超光速,這個是狹義相對論的基礎,狹義相對論有兩個前提:1物理規律在所有慣性系下保持一致,比如選A這個慣性系發現牛頓第二定律是F=ma,換成B這個慣性系牛頓第二定律依然是F=ma不變,所以物理規律不會因為慣性系變化而跟著改變,這個很好理解。
  • 墨西哥火山上挑戰相對論極端實驗:光速依然是恆定的
    來源:新浪科技新浪科技訊 北京時間4月9日消息,光速是宇宙中已知最高的速度,而在墨西哥一座死火山的頂部附近,科學家通過一項實現對一種極端情況進行測量,試圖找到光速有可能並非恆定不變的證據。相對論是愛因斯坦最著名的理論,而這項新研究將該理論的應用範圍擴展到了一些不可能在地球或太空中直接獲取的能量上。大多數量子引力模型中,相對論行為將在極高的能量下崩潰,許多奇特的現象就變得可能,例如高能射線粒子的傳播速度可能會比光速更快或更慢。一些物理學家試圖用稍微不同於現有理論的觀點(如弦理論)來解釋宇宙中出現的一些神秘偏差。
  • 怎麼理解光速是恆定的
    光的速度相對於任何參照系都是恆定且相同的,這是狹義相對論的兩大理論基礎之一,它又稱為光速不變原理。
  • 狹義相對論裡不可逾越光速極限是什麼?
    眾所周知,愛因斯坦的狹義相對論規定,真空中的光速是宇宙中一切物體運動速度的上限。根據狹義相對論公式,物體運動速度愈快,時間間隔愈大,空間間隔愈小,慣性質量愈大。假如物體運動達到光速,則運動物體時間將膨脹至無窮大,運動物體長度將收縮為零,運動物體慣性質量將達到無窮大。
  • 光速不變永遠正確嗎?能量高達可見光1萬億倍的光子能突破光速嗎
    #科學了不起#愛因斯坦狹義相對論的核心是以洛倫茲不變性為基礎,我們就知道光速在真空中是恆定的。不過,再好的理論也需要實踐來檢驗。更何況除了愛因斯坦狹義相對論之外,還有許多其它的量子引力模型,它們提出了不同的觀點,認為狹義相對論所描述的行為在極高的能量下可能會被打破。有理論認為,假如高能光子的速度超過了光速,或者說違反了洛倫茲不變性,那麼這些光子就突破了狹義相對論的範疇。
  • 相對論:光速不可超越,宇宙膨脹又可超光速,愛因斯坦自己打臉?
    愛因斯坦在1905年發表的《論動體的電動力學》中提出了狹義相對論,而狹義相對論的前提就是兩條基本假設:光速不變原理:光在真空中的速度c是一個常數,與光源的運動狀態無關。狹義相對性原理:一切物理定律在所有慣性系中均有效狹義相對論中所有推導出來的結果都是以這兩條最基本的假設為前提的,當然光速無法超越也是,因為狹義相對論中推導出來的質增效應會讓存在靜止質量的物體在接近光速時質量無限增加,進而讓速度在無法前進一步,因為推動物體前進的能量是有限的,它最終會停留在某個接近光速的位置。
  • 相對論:光速不可超越,宇宙膨脹又可超光速,愛因斯坦自己打臉?
    愛因斯坦在1905年發表的《論動體的電動力學》中提出了狹義相對論,而狹義相對論的前提就是兩條基本假設:光速不變原理:光在真空中的速度c是一個常數,與光源的運動狀態無關。狹義相對性原理:一切物理定律在所有慣性系中均有效狹義相對論中所有推導出來的結果都是以這兩條最基本的假設為前提的,當然光速無法超越也是,因為狹義相對論中推導出來的質增效應會讓存在靜止質量的物體在接近光速時質量無限增加,進而讓速度在無法前進一步,因為推動物體前進的能量是有限的,它最終會停留在某個接近光速的位置
  • 光速恆定理論
    因為光速與觀測者相對於光源的運動速度無關,即相對於光源靜止和運動的慣性系中測到的光速是相同的。愛因斯坦在他1905年發表的狹義相對論提出:相對任何以恆定速度運動的觀察者來說,不管這個速度是多少,物理原理及光速都是一樣的。如果在一枚火箭裡,與一道雷射脈衝一同衝入宇宙空間。地球上的觀察者會看到這一脈衝以光速遠去。但無論火箭相對於地球運動的速度為多少,譬如光速的99%,光線仍以光速超越火箭。
  • 愛因斯坦相對論對光速和時間的定義,為何你無論如何達不到光速?
    如果我們不利用愛因斯坦的理論考慮到這一點,我們GPS系統的精確性每天將偏差超過2公裡。不過愛因斯坦沒有止步於此,他推論不僅光速是恆定的,而且光速也是宇宙中最快的速度,沒有什麼比光速還快,那是因為質量和能量的關係。愛因斯坦說質量和能量是同一枚硬幣的兩面,這意味著如果一個物體的能量增加,質量也會增加。至關重要的是,增加物體的速度就必須增加它的能量,速度越快,物體的質量就相對越大。
  • 愛因斯坦是如何發現狹義和廣義相對論的?
    相對論創立初期整個理論體系就非常完善了,但是壓根沒人相信他,為什麼?就是因為沒有實驗驗證,直到愛丁頓在1919年觀測到了和廣義相對論相符的日食現象,愛因斯坦和相對論才開始慢慢被大家接受,而愛因斯坦提出狹義相對論的那一年是1905年,足足過去了14年。