光速,可以說是人類目前最想達到的一種速度了,按照理論來說,如果人類的飛行速度可以達到光速,那麼我們就可以去往宇宙中任何一個我們想去的地方,屆時人類的科學技術水平和文明層次,都將邁入一個嶄新的臺階。而在科學界,有一個著名的理論,叫做「光速不變」理論,這個理論是由愛因斯坦所提出的,那麼,他究竟是如何推導出來這個理論的呢?
先讓我們看一下「光速不變」理論的概念,簡單來說,愛因斯坦的《狹義相對論》,就是在這個基礎上創立出來的,即沒有物體可以超越光速存在。近一個世紀以來,自從「光速不變」理論提出,很多人都通過設想各種實驗,來試圖證明「超光速」的存在,比方說當我們在一個光速飛行的飛船上,朝前方扔出去一個石頭,那麼這個石頭是不是「超光速」,再比方宇宙中設立一個直徑在1光年的物體,當另一端發生動蕩,另一端便「超光速」。
為什麼大家都想證明「超光速」的存在呢?這或許是大家對於光速,根本就沒有一個詳細的概念,也根本理解不了為何愛因斯坦說「光速」不可被超越。想回答這個問題,先讓我們搞清楚光究竟是什麼,簡單來說,光屬於電磁波,光在宇宙中無處不在,我們的生活中也都有光的影子,比方說太陽光、燈光、月光,那麼,光又是如何而來的呢?
根據科學家們的解釋,光的來源無非是以下三種,一電子加速運動產生,二原子躍遷發光,三熱效應產生(比方說太陽光),而光之所以傳播的速度飛快,則是因為電磁場的震動,而且,因為光是無形的一種存在,所以它一般也不會受到阻力、重力等的影響。
在這裡給大家舉個例子,當我們坐著一個光速飛行的飛船,在宇宙中進行勻速運動,那麼當我們在飛船中用手電筒向前方打開,那麼手電筒的光就會出現在我們的前方,而這個光在我們眼中也不是運動的,它的速度是與飛船一樣的。再比方說,我們還是在光速前行的飛船上,我們向外投射一個物體,而這個物體即使落在了飛船的前方,它的速度也不會超過光速,不會受任何的外界影響而發生改變。
而愛因斯坦,通過聯立求解麥克斯質速公式:m=m0/√1-υ2/c2,將光速不變這個原理完美的推導了出來,並且為後來他提出廣義相對論,提供了非常有力的理論依據。不過最近,來自日本和加拿大的一支研究小組,卻對「光速不變」提出了不同的看法,他們認為在宇宙誕生的早期,宇宙的膨脹速度是非常快的,所以在當時宇宙中光的傳播速度也是非常快的,也只有這樣,才能夠順應宇宙的膨脹速度。
這是因為如果光速是恆定不變的,那麼宇宙誕生之後不斷膨脹,光是沒有足夠的時間伴隨著宇宙的膨脹抵達宇宙的邊緣的,所以很可能光在宇宙中只能在一小範圍中傳播,而在宇宙的邊緣地帶,是根本沒有光的存在。不過如果這樣的話,那麼宇宙的力量就不是守恆的,宇宙又是如何穩定137億年的呢?讓我們一起拭目以待答案被揭曉的那一天吧!