光在真空中的速度c是一個非常重要的物理量,不僅能夠出現在原子內部,也是我們這個宇宙中物質的極限速度。光在真空中的傳播速度是一個定值,被定義為299792458米每秒。根據相對論,任何物質的運動速度或者信息的傳遞速度都不會超過這個值,不然相對論就要改寫了。
19世紀時期,麥克斯韋給出了麥克斯韋方程組。麥克斯韋的理論認為,變化的電場產生磁場,變化的磁場又產生電場,兩種變化的場相互交替產生,空間中就有了電磁波。根據麥克斯韋方程組可以推導出電磁波在真空中的傳播速度表達式,這個速度與真空介電常數以及真空磁導率有關。後來赫茲發現了電磁波,光也被證實是一種電磁波。
真空介電常數以及真空磁導率是不是永恆不變呢?這個還真不一定。有一些理論認為在宇宙早期的時候,光速要比現在的快,原因就是他們認為宇宙早期時的真空介電常數和真空磁導率要比現在的小。
早期宇宙時的光速到底是多少,我們目前還沒有辦法去檢測。不過我們知道光在其他介質中的傳播速度要比在真空中的速度小,光在介質中的傳播速度與介質的折射率有關,某種介質的折射率是n,那麼光在這種介質中的傳播速度就是c/n。比如水的折射率大約是1.33,這樣光在水中的傳播速度大約是真空中傳播速度的3/4。一些超低溫的原子云作為光通過的介質時,光速甚至能夠降低到十幾米每秒。
這時候有人可能會想到一個問題:愛因斯坦的相對論不允許物體的運動速度達到光在真空中的速度,而光在介質中的傳播速度比真空中的速度要小,那麼一個物體在某種介質中的速度有沒有可能超過光在這種介質中的傳播速度?答案是完全有可能,這並不違反相對論。
核反應堆工作時,周圍的水中可以發出藍色的光,這是切倫科夫輻射。核反應堆可以釋放出很多高速的粒子,粒子的速度雖然不能達到真空中的光速,但卻可以超過光在介質中的速度。粒子在水中的速度超過了光在水中的傳播速度,這時就會激發出切倫科夫輻射。前蘇聯科學家切倫科夫由於發現並解釋了切倫科夫輻射獲得了1958年的諾貝爾物理學獎。