真空中的「光速」是宇宙中最快速度嗎?什麼是「光速不變原理」?

2020-12-04 宇宙科學知識百科

真空中的「光速」是宇宙中最快速度嗎？什麼是「光速不變原理」？

要說「光速」，仿佛是這個宇宙給予我們生活的三維空間的一個可望而不可及的「天花板」。目前我們人類還無法讓任何的物體達到真空中的光速那樣的速度，也讓我們的許多科學實驗達到了瓶頸。那麼在真空中傳播的「光」，它的速度真的是宇宙中最快的速度嗎？在相對論當中的「光速不變原理」又是怎麼一回事？今天小編就來帶大家一探究竟。

首先回答第一個問題：真空中的「光速」是宇宙中最快的速度嗎？答案是肯定的，也是否定的。肯定的理由，自然是上面提到的，真空中的「光速」，就是宇宙當中最快的速度。目前人類還沒有觀測到宇宙中，有什麼其他的物質或者天體，能夠以超越真空中光速的速度運動——包括我們人類本身，也無法讓任何物體的速度加速到光速。這確實是客觀存在一種物理現象，但是小編為什麼又說，答案是否定的？

這就要提到我們的宇宙本身了。目前科學家們普遍認為，我們的宇宙誕生於138億年前的一場大爆炸，並且我們的宇宙仍然處於大爆炸之後的「膨脹」當中。那麼宇宙自身膨脹的速度，就已經超過了光速，這點也是可以被證實的。因為我們人類已經觀測到了460億光年外的物體，也就是相當於觀測到了460億光年外的光。那麼這個光是不可能經過了460億年才達到了地球的，畢竟宇宙才誕生了138億年——也就是說，在光線傳播的時間裡，宇宙膨脹的距離，大概就是460億光年-138億光年=322億光年。用138億年的時間膨脹了322億光年，宇宙膨脹的速度確實比光速還要快。

然後是第二個問題：如何理解「光速不變原理」？這就要提到我們經常在物理學當中提到的一個名詞了——參考系。所謂的光速不變，就是指在任何的參考系當中，光的傳播速度是不會發生變化的。它在真空中的速度永遠是3*10^8m/s；在冰中的速度永遠是2.3*10^8m/s；在水中的速度永遠是2.25*10^8m/s；在酒精中的速度永遠是2.20*10^8m/s在玻璃中的速度永遠是2*10^8m/s……

如果按照我們正常的概念（經典物理學的概念），假設人在一輛速度為80m/s的火車上，以5m/s的速度和火車同向奔跑，那麼相對於地面而言，這個人的奔跑速度就是80+5=85m/s。但是對於光而言，這個算法是行不通的。至於在相對論「光速不變」的條件下，速度相加的法則究竟是怎麼樣，大家可以關注小編的百家號，小編會單獨拿出一期，來講解「相對論」當中，速度的相加原理。

相關焦點

  • 光速並不是宇宙中最快的速度,光速不變原理的限定是什麼?
    現在人們都知道光速不變原理，都知道不管在任何情況下測定光速，它都是恆定不變的。但是在麥可遜-莫雷實驗之前卻並不是這樣認為的。那時的物理學家們普遍都認為光是在一種名為「以太」的介質中傳播的，還曾費盡心思地去尋找以太在宇宙中存在的證據，但是都無功而返了。
  • 光速不變原理:既然光速恆定,為何在不同介質中,速度存在差異?
    光速不變原理：既然光速恆定，為何在不同介質中，速度存在差異？我們知道愛因斯坦相對論的一個重要理論基礎，那就是「光速不變原理」，所謂光速不變原理，也就是說對於宇宙當中的任何一個參考系，光速都是恆定不變的299792458米每秒。
  • 為什麼真空光速相對所有參考系速度不變?
    為什麼真空光速相對所有參考系速度不變？——因為真空光速不變是一個觀測事實。其實，建立物理過程的圖像就是物理學中所說的要尊重客觀現實。那麼對於真空中的光速來說，客觀現實就是——事實上觀測到的真空光速是不變的。愛因斯坦把這個觀測事實上升到了一條基本原理作為相對論的基礎，即真空光速不變原理。
  • 愛因斯坦明明說宇宙最快速度是光速,為什麼宇宙可以超光速膨脹?
    愛因斯坦的《狹義相對論》基於光速不變，才有了任何有靜質量不為零的物體，無法達到光速。而《廣義相對論》的場方程是描繪了宇宙膨脹，才有了後來宇宙膨脹速度超過光速，所以一切的種種都是由於「光速不變原理」的這個假設，如果沒有這個假設，也就沒有後來一大堆反常識的結論，也就不存在那麼多矛盾。
  • 真空光速並非極限:宇宙中這3種「速度」,其實比光速更快
    真空光速並非極限：宇宙中這3種「速度」，其實比光速更快目前人類發現的速度最快的物質，就是真空中的光。光在真空中的傳播速度大概是30萬公裡每秒，而且根據愛因斯坦的「光速不變原理」，相對於宇宙中的任何一個參考系，光速都是恆定的。
  • 光速的本質是什麼,光速為什麼不變?
    愛因斯坦的狹義相對論就是基於光速不變原理發現的，不要認為光速不變原理是定律，事實上它只是愛因斯坦通過研究麥克斯韋方程組後的一個假設，你也可以認為是一個公理，有了這個假設，才有了愛因斯坦之後的狹義相對論的誕生！有人可能會說，既然是假設，就不一定是正確的，但事實上任何科學理論都是一種假設，然後再把這種假設進行全方位的驗證，同時這行假設能夠輕而易舉地詮釋相關宇宙奧秘。
  • 真空中光速最快?目前已知三種超光速存在,愛因斯坦錯了嗎?
    伽利略曾經通過做實驗提出一個結論「相對性原理」，指的是無論在任何參考系中，力學規律都保持不變。而愛因斯坦對這個結論做了更深層次的說明，不僅僅是力學規律保持不變應該是所有的物理學規律都保持不變。愛因斯坦按照自己的這個物理規律不變原理，從而推出真空中光速恆定不變。
  • 醒醒吧，還認為宇宙中光速是最快速度？還有三種速度遠超光速
    光速是科學家們目前發現自然界物體最快速度，它被用來表示許多距離人類萬分遙遠的事物的最快能核實抵達，例如測量從地球到月球的距離，就需要行走384401公裡，而用光速行走，只需要2.5秒，可見，在浩瀚無際的宇宙之中，倘若人們掌握擁有光速的飛行器，前往任意星球、自由探索宇宙奧秘將不再是夢想。但你知道嗎？其實光速在某種程度上並不是最快的速度，還有其他三種速度要遠遠超過它的均速。
  • 醒醒吧，還認為宇宙中光速是最快速度？還有三種速度遠超光速！
    光速是科學家們目前發現自然界物體最快速度，它被用來表示許多距離人類萬分遙遠的事物的最快能核實抵達，例如測量從地球到月球的距離，就需要行走384401公裡，而用光速行走，只需要2.5秒，可見，在浩瀚無際的宇宙之中，倘若人們掌握擁有光速的飛行器，前往任意星球、自由探索宇宙奧秘將不再是夢想。但你知道嗎？其實光速在某種程度上並不是最快的速度，還有其他三種速度要遠遠超過它的均速。
  • 醒醒吧,還認為宇宙中光速是最快速度?還有三種速度遠超光速!
    光速是科學家們目前發現自然界物體最快速度，它被用來表示許多距離人類萬分遙遠的事物的最快能核實抵達，例如測量從地球到月球的距離，就需要行走384401公裡，而用光速行走，只需要2.5秒，可見，在浩瀚無際的宇宙之中，倘若人們掌握擁有光速的飛行器，前往任意星球、自由探索宇宙奧秘將不再是夢想。
  • 宇宙中光速並非最快,四種超越光速的速度,你會知道幾個?
    如果你想問宇宙中最快的速度是什麼，我相信幼兒園的孩子都知道「光」是最快的速度。也是因為光是最快的速度，所以光年通常被用作宇宙尺度中的距離尺度。此外，經過多年的實驗研究，「光速不能超過」和「真空光速不變」已經成為公認的事實。但是你知道嗎，事實上，從某個角度來看，光速並不是宇宙中最快的速度，許多速度實際上超過了光速。
  • 光速是最快的速度嗎?還有比光速更快的速度嗎?
    光速真的是極限速度？ 我們常常聽到一個說法：光速是最快速度。但事實真的如此嗎？ 其實並非如此，光速是最快速度是有條件的，而且有時它並不快，比如，契倫科夫輻射。在輕水中，光速還沒有帶電粒子的速度快。
  • 為什麼光速是宇宙最快速度?超光速會有什麼後果?
    光速不但非常快，而且還被認為是宇宙的速度上限。那麼，為什麼說光速是宇宙中最快的速度呢？這一切都要從光速不變原理說起。麥克斯韋發現了一個很特殊的光速公式：上述公式右側的兩個參數都是恆定的常數，這意味著光速也是恆定的大小。
  • 「光速不變」是什麼意思,是什麼限制了超光速現象?
    其實，速度的極限並不是光速，而現在，我們已經發現了宇宙中確實存在超光速現象：宇宙膨脹的速度，量子糾纏效應等。那麼，但為什麼這些現象沒有和相對論產生矛盾呢？狹義相對論到底限制的是什麼？狹義相對論的兩大基本假設。首先了解一下光速是怎麼來的。
  • 你對光速不變原理有疑問嗎?
    你怎麼理解光速不變原理以前，我認為光速不變原理只是愛因斯坦先生做的一個假設，他的狹義相對論是建立在光速不變原理之上。光速不變原理是真空中的光速對任何觀察者來說都是相同的，不隨光源或觀察者的相對運動而改變，大約是每秒30萬公裡。比如我在行駛火車上車頭方向走，我此時的速度是火車的速度加上我走的速度，再比如我在火車上拿著手電筒向前照，那麼在我們的印象中此時手電筒的光速度不就是光速加上火車的速度嗎？光速不變原理還成立嗎？
  • 光速是人類發現的最快速度！可在宇宙中它的速度卻如同龜速
    大家好，今天和大家聊一下光速光速究竟有多快首先光速是我們人類目前發現的最快速度，而且在我們的生活中可以說是無處不在，無論是我們平時抬頭仰望天空看到的星星 月亮 太陽 還是平時在家裡用的燈光，這些都是帶著光速來傳播的，所以我們看到的畫面永遠都是它以前的樣子，因為光速的傳播也是需要時間的，就拿最簡單的電燈來說，當我們進入房間後打開電燈的那一刻
  • 宇宙中最高的速度真的是光速嗎?還有比光速更快的速度嗎?
    人類一直有一個星際旅行的夢想，可是要想實現星際旅行，最關鍵的因素是速度，人類目前所達到的速度能夠支撐人類進行星際旅行嗎？先來看看人類科技所能達到的最快速度，在地球上人類製造出飛行速度最快的載人飛行器為SR-71黑鳥，它的最大速度達到3.5倍音速，也就是4284公裡每小時；人類在宇宙中最快的速度紀錄是由「帕克號」太陽探測器創造的，它的最高速度達到192公裡每秒，也就是每小時70萬公裡，這是什麼概念？
  • 光速不變原理的產生背景
    光速不變原理是說光（在真空中）的速度C是恆定的，它不依賴於發光物體的運動速度。光速不會和任何速度發生疊加，包括當兩束光相對遠離的時候，其中一束光相對於另外一束的速度都是C，而不會像我們平常一樣，當兩個物體都以V的速度相對遠離的時候，它們相互之間遠離的速度是2V。
  • 宇宙中,存在比光速更快的速度嗎?
    因為，在宏觀低速狀態下，我們常會用到速度疊加。我舉個例子，如果你在小車裡朝著小車的運動方向用手電筒射出光，那在地面觀測者看來，光的速度就應該是光速加上車速，而不是光速。而相對論告訴我們，結果就是光速。 具體的原因，其實我們還要從相對論的提出說起。
  • 星空作證,真空中光速不變,愛因斯坦的相對論誠不我欺
    愛因斯坦的相對論已經發表了100多年了，現在已經是科學界公認的現代物理學兩大支柱之一，然而仍然有很多人質疑相對論的正確性，其中反相人士質疑最多的就是光速不變原理。本文，老郭利用光行差分析以反證法來證明真空中光速不變。之所以要用反證法，是因為目前測量光速的實驗都是用光線往返雙程的測量方法，這種方法為很多人所詬病。