光速為每秒30萬公裡而不是其它數值,難道宇宙被限制住了嗎?

2020-12-03 萬象經驗

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我們知道真空中光速大約為每秒30萬公裡(實際上是每秒299792458米)。但光速為什麼是這個數值而不是其它數值呢?難道宇宙被什麼限制住了嗎?

光速的發現

第一個認識到光確實有速度的人是天文學家奧勒·羅默。在17世紀晚期,他痴迷於木星衛星木衛一的奇怪運動。每隔一段時間,這顆巨大的氣態行星就會擋住我們看到它的「小月亮」造成月食,但是月食之間的時間似乎在一年中有所變化。要麼是木衛一的運行軌道發生了一些奇怪的事情,要麼是有其他事情正在發生。

經過幾年的觀察,羅默得出了結論。當我們看到木衛一「月食」時,我們處於自己繞太陽軌道的某個位置。但當我們下次再看到另一次「月食」時,我們的位置略有不同,可能比上次離木星近或遠。如果我們比上一次看到食的位置要遠一些,那就意味著我們要多等一點時間才能看到下一次月食,因為光線到達我們身邊的時間要長得多。

光速的測量

在接下來的幾個世紀裡,持續的測量鞏固了對光速的認識,但直到19世紀中期,事情才真正開始出現轉機。就在那時,物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋意外地發明了光的方程。

麥克斯韋一直在研究當時人們還不太了解的電和磁現象,後來他發現了一個統一的圖像,可以解釋所有不同的觀察結果。在這些方程中,他發現變化的電場可以產生磁場,反之亦然,這為我們現在所理解的電磁力奠定了基礎。

當他開始計算這些所謂的電磁波的速度時,麥克斯韋得到了幾個世紀以來科學家們一直在測量的光速。因此,光是由電磁波構成的,它以這樣的速度傳播,因為這正是電磁波在空間傳播的速度。

這一切都很好,直到幾十年後愛因斯坦出現並意識到光速與光完全無關。在愛因斯坦的相對論中,光對任何參考系來說都是恆定的。但是愛因斯坦的理論並沒有說這個數字是多少,他將相對論應用到舊的麥克斯韋方程上,發現這個轉換率正好是光速。

當然,這個轉換率,這個統一時空的基本常數,愛因斯坦並不關心它是多少,它只是一個數。事實上麥克斯韋已經計算出了這個數並且在不知情的情況下發現了它。但為什麼是這個值,而不是其他隨機數呢?為什麼大自然選擇了這個而沒有選擇其他的?

光速的意義

光速是有單位的,但是在物理學中,我們更關心沒有單位或維度的常數,換句話說,出現在物理理論中的常數只是簡單的數字。這些看起來更基本,因為它們不依賴於任何其他的定義。另一種說法是,如果我們遇到某個外星文明,我們將無法理解他們對光速的測量,但當談到無量綱常數時,它們只是個數字。

其中一個數字被稱為精細結構常數,它是光速、普朗克常數和自由空間的介電常數的組合,它的數值大約為0.007。如果你改變光速,你就會改變精細結構常數。但是我們的宇宙選擇了大約0.007的精細結構常數,這就是我們生活的宇宙,我們別無選擇,因為這是固定的,而且是普遍的。

那麼為什麼精細結構常數就是這個數,而不是別的什麼呢?我們也不知道。

相關焦點

  • 為什麼光速是將近每秒30萬公裡,而不是其他數值?
    在人類建立的體系下,光在真空中的傳播速度將近每秒30萬公裡。至於為什麼光速是這個數值,而不是諸如每秒35萬公裡或者每秒15萬公裡,其原因與我們所生活的宇宙屬性有關。根據麥克斯韋的電磁場方程組可以推導出如下的真空光速(c)公式:上式中,ε0表示真空介電常數(或稱真空電容率),μ0表示真空磁導率。無論是真空介電常數,還是真空磁導率,它們都是恆定的常數,都與真空的屬性有關,它們決定了真空中的光速大小。
  • 光速為何是30萬公裡每秒不是35萬?到底是什麼限制了光速?
    可以是35萬公裡每秒,但如果真的是35萬公裡每秒,你又會問為什麼不是40萬公裡每秒呢?除非光速是無限的,否則光速總得有一個數值吧?而如果光速真的是無限的,世界上的一切物質都不會出現,不會形成,宇宙中也沒有過去將來,也不會有因果關係。所有的只有現在,只有此時此刻!
  • 光速為什麼被限制為30萬公裡/秒,而不是10萬或100萬,或無限?
    但後來的一系列實驗表明,光速並非無限,只是非常快。通過測量可知,光速為30萬公裡/秒。自愛因斯坦創立相對論之後,人們認識到,雖然光速不是無限快,但這個速度卻是宇宙中最快的速度,任何物體和信息的傳播速度都不能超過光速。那麼,光速為什麼會被限制為30萬公裡/秒,而不是10萬公裡/秒或者100萬公裡/秒?
  • 為何光速是30萬公裡每秒?是什麼限制了光速?
    大家都知道,光線是現在宇宙所有物質中,在真空中傳播速度最快的(排除量子糾纏和宇宙膨脹現象,因為它們都不能傳遞信息),這個速度值為299792458米每秒,為了便於記憶和計算的方便,人們通常將光速近似看作30萬公裡每秒。
  • 為何光速是30萬公裡每秒?是什麼限制了光速?
    大家都知道,光線是現在宇宙所有物質中,在真空中傳播速度最快的(排除量子糾纏和宇宙膨脹現象,因為它們都不能傳遞信息),這個速度值為299792458米每秒,為了便於記憶和計算的方便,人們通常將光速近似看作30萬公裡每秒。那麼,有朋友不禁要問了,為什麼光速不是每秒35萬公裡、40萬公裡,只能是30萬公裡每秒,是什麼限制了光速呢?
  • 光速每秒30萬公裡,這個數值是巧合嗎?
    光傳為宇宙中傳播速度最快的物質,現在已經深深地印在了人們的腦海中,我們通常說的光速在真空中的傳播速度為每秒30萬公裡,實質上是一個近似值,通過多年來的精密測量,光速的真實速度為299792458米每秒,之所以取30萬公裡,一方面是為了方便記憶,另外一方面是為了計算的簡捷。
  • 光速被限制,是什麼限制了光速,難道是宇宙不可告人的秘密?
    大家都知道光速在真空中的傳播速度是近30萬公裡每秒,如此驚人的速度據說宇宙中再也沒有什麼可以超越它的速度了。可是對於我們這個無比巨大的宇宙來說,30W公裡每秒的速度或許也只是很慢的速度而已。因為光至少走200億年才能從宇宙的一邊走到另一個邊,這樣看來,光速對於宇宙來說也真的是太慢太慢了。目前人類有一個發現就是,量子糾纏現象似乎打破了光速的限制,當然也有很多人不認同說法。
  • 光速為何是30萬公裡每秒?到底是什麼限制了光速?
    ,應該問,為什麼光速不是無限快?因為無論光速是30萬還是35萬,都還是可以繼續問,為啥不是40萬公裡云云。此外,還有一個注意事項,公裡有多長也只是一個人為規定,如果換一種規定,光速的數字可能更大也可能更小,比如在歐美國家常用的英制單位,英裡。1英裡=1.6公裡左右,如果用英裡來表示光速那就連30萬都沒有了,大概只有 186,282英裡/秒。所以,核心問題不是光速有多快,而是為什麼它不是無限快?
  • 光速是極限速度,但卻只有30萬公裡每秒,到底是誰限制了它?
    光速是極限速度,但卻只有30萬公裡每秒,到底是誰限制了它?在宇宙環境中,有一個非常獨特的存在,一方面它是一種素質的代表,但另一方面它是一種空間的衡量標準,最為奇特的是,它甚至還會能夠和時間掛鈎,能夠融合速度時間和空間三者為一體的存在,就是傳說中的光速,這個人類一直想要實現的技術。
  • 光速為什麼是30萬公裡每秒?怎麼算出來的?光能飛出宇宙嗎?
    光速為什麼是30萬公裡每秒?怎麼算出來的?光能飛出宇宙嗎?在高中的時候我們都上過政治課,哲學家告訴我們,我們的世界是物質的世界,是不以人的意志為轉移的,在描述物質世界的時候,不管是它的高度還是質量,都是沒有限制。
  • 光速剛好每秒三十萬公裡,是設計出來的還是巧合?
    光速剛好是30萬公裡每秒這個說法其實並不算準確,因為我們所說的光速為30萬公裡每秒,其實說的是近似值,光速並不是剛好是30萬公裡每秒。準確點來說,光速應該是299792458米每秒,跟30萬公裡每秒是很接近的,通常我們為了計算方便,就取光速為30萬公裡每秒,其實這是光在真空中傳播的速度。有人或許會有一個疑問,那就是為什麼光速就是30萬公裡每秒,雖然說這裡的30萬公裡每秒是一個近似值,但是還是讓人不得不思考一下,是什麼限制了光速呢?
  • 光速每秒30萬公裡,動力源在哪?
    宇宙中的最快速度是什麼?很多人會回答光速。不考慮空間的加速方法,光速確實是一個正確的答案。一個沒有質量的粒子,以光速前進,卻擁有能量,這讓科學家想到另一種可能——光,是波嗎?並非如此,人類科學證明,波的傳播需要介質,然而光的傳播並不需要介質,在真空中光的速度最為穩定,可以達到每秒30萬公裡,光的傳遞並沒有依賴介質。這有兩種可能性:光擁有波的特性,但並非是波。真空中存在人類未知的介質,可以傳遞光。這就延伸出光的新屬性——波粒二象性。
  • 光速為什麼是299792458m/s,而不是30萬公裡每秒?有什麼奧秘嗎?
    真空中的光速是測量值,只要是測量值就會存在誤差,永遠不會有準確的值出現。但是人類又想通過光速去定義其他尺寸單位,因此就把光速定義為物理常數:299792458m/s。這個光速定義值和光速的計算測量值之間誤差很小,而人類直接就把光速定義成常數,光速的實際計算測量值為299792500±100米/秒。
  • 為何光速每秒只有30萬公裡,誰限制了它?劉慈欣提出一種大膽猜測
    關於光速的研究,科學家們最多也就只能夠停留在小說和影視劇當中,在劉慈欣的《三體》一書當中就有提到過光速,在這本書當中光速被定義為,主宰整個宇宙發展速度的產物是通過人類的三維世界之外的更高維度的世界,而催生出來的速度。
  • 為何光速恆定為30萬千米每秒?
    光速為定值,如果哪天測出了其他數值,代表著什麼呢?這道題的本質不是光速為何是30萬公裡每秒,而是光速不變原理,如果測出其他值,那就是代表光速不變原理錯了,最直接影響的就是相對論。光速為何是某個定值(30萬,只是我們人類自己規定的,但本質上光仍然有個恆定的速度),這個我們無法解釋,這是宇宙的法則吧。要知道光速不變原理,規定了光速在任意慣性系中保持相同的數值,其實更準確的來說,應該叫做光速不疊加原理。很好理解,如果我在一列高鐵上,沿著運動的方向,射出一束雷射,那麼請問在地面的觀察者,測出的光速是多少呢?
  • 光速是宇宙中的極限速度,每秒30萬公裡,科學家如何測量的呢?
    光速是宇宙中的極限速度,每秒30萬公裡,科學家如何測量的呢?在人類的認知中,宇宙中最快的速度當屬光速。根據愛因斯坦提出的相對論,宇宙中不會出現比光速還快的速度了。很多人都認為想要測量光速,一定需要非常先進的科技,有很多科學家都已經不斷的嘗試過了。光速是宇宙中的極限速度,每秒30萬公裡,科學家如何測量的呢?羅默就是其中之一,它在觀測木星被衛星吞噬的時候發現,地球靠近木星的時長與地球遠離木星的時長,有著很微小的差距。通過這種微小的差距,從而利用地球的直徑,在慢慢的推算出光速的速度。
  • 網友問:光速大約是30萬公裡每秒,是設計出來的還是巧合?
    光速是物理學常數,由我們所在時空的屬性決定;而長度單位「公裡」是人為設定的,光速數值在不同單位體系下有區別,但是光速本身不會變化。根據相對論的描述,光速是我們宇宙中物質運動的最快速度,而且光在真空中的傳播速度是不變的,數值大約為299792458 m/s(約30萬公裡每秒),這個數值是人類通過儀器直接或者間接測定的,有一定的精度誤差。
  • 光速只有30萬公裡每秒,是誰限制了它?若能突破,可能實現穿越
    是什麼限制了光速?若能挑戰光速,穿越不再是夢!劉慈欣的科幻小說《三體》受到了許多讀者的歡迎,它其中展現出來許多超前的概念,富有新意,但是又有一定的科學依據,難怪他的忠實讀者中還有歐巴馬這個大人物。目前人們普遍認為,光速為30萬公裡每秒,這似乎已經成為一個常識了。但是大家有沒有思考過,為什麼光速只有30萬公裡每秒?有沒有可能更快?
  • 為何光速是每秒30萬公裡,是誰限制了它?劉慈欣提出了可怕的猜想
    根據現有的理論常識,光速有著30萬公裡每秒的極限速度,但是宇宙有著930億光年的巨大尺寸,如此強烈的差異讓我們不禁感慨,光速的極限也不過如此。但是每當我們剛考完光速的不足以後,又會反思的一個問題,光速為何只有30萬公裡每秒呢?
  • 30萬公裡每秒的光速,它的動力來源是什麼?需要加速嗎?
    這個過程就涉及到了能量轉化問題,「石油」的化學能通過一系列的操作最終轉化為車的動能,但是車的速度是有極限的,最終能量因為地面的阻力都消耗掉了。那麼真空中近似30萬公裡每秒的光速,它的動力是什麼?為什麼會有如此高的速度?