光速不變理論是如何被推導出來的?愛因斯坦說的都是對的嗎

2020-12-03 奇點使者

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!

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  • 為什麼愛因斯坦會提出「光速不變原理」?
    相對論的兩條基本假設我們現在都知道,愛因斯坦相對論的基石有兩個分別是:其中,相對性原理其實是伽利略提出來的,因此,也被稱為伽利略變換
  • 什麼是光速不變?什麼是鍾慢尺縮?愛因斯坦為什麼要提出相對論?
    所以很多人就對相對論提出質疑,認為相對論不合理,認為相對論不可信,認為相對論憑什麼規定光速是不變的,認為從相對論公式根本就推導不出光速不變的結論來,相反,從牛頓定律卻可以推導出光速是可以變的。問題出在哪?
  • 光速不變原理是如何被提出來的?又代表什麼意思呢?
    光速不變原理是愛因斯坦在1905年提出的狹義相對論中的兩條基本假設之一,它是相對論的框架基礎,如果光速不變發生變化的話,那對於現如今的物理大廈將是毀滅性的,不過,這樣的情況不會發生。是愛因斯坦提出的光速不變原理嗎?
  • 愛因斯坦為什麼會提出「光速不變理論」?
    只要是一束光,那麼不管它相對於什麼慣性參考系,它的傳播速度都是一樣的。在愛因斯坦的相關理論中,「光速不變」可以說是我們最難接受的一個概念了,但就這個與常識相悖的理論,卻偏偏成為了現代物理學的公理。那麼這條公理到底是怎麼來的呢?
  • 光速不變原理是怎麼被發現的?
    光速不變原理實際上是愛因斯坦相對論的基礎,相對論是建立在兩條基本假設至上的科學理論,這兩條基本假設,其中之一是光速不變原理,另外一個就是相對性原理。相對性原理實際上就是我們初高中所學的參考系的一些相關知識,在這裡就不贅述了。
  • 洛倫茲收縮與光速不變
    愛因斯坦則是先提出兩條根本性的原理,然後在這兩條原理的基礎上用數學工具嚴格推導出洛倫茲變換。這兩條原理,一條就是相對性原理,另一條是愛因斯坦本人提出的「光速不變原理」。而愛因斯坦認為電磁理論和相對性原理都是經過大量實驗觀測證實的,都應該堅持。這樣,愛因斯坦就遇到了如何認識光速的問題。 他想到了自己在阿勞中學時思考過的「光速悖論」:既然光是電磁波,那麼一個以光速追隨電磁波運動的人,豈不就應該看到一個不隨時間變化的波場嗎?可是為什麼誰也沒有見過這種現象呢?這至少說明光相對於任何觀測者都不可能靜止。
  • 中國科學家證明愛因斯坦光速不變假設不成立
    2020年12月下旬,國際著名科學開放資料庫scienceopen同時發表了取得廣泛突破性理論物理研究成果而三十多年來一直被封殺的中國的傑出理論物理學家、數學家、科普詩人東方學帝的兩篇具有劃時代意義的論文:「On the Relativity of the Speed of Light(論光速不變的相對性
  • 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。
  • 光速不變理論遭質疑(組圖)
    劍橋科學家挑戰愛因斯坦」或「科學家質疑基本自然定律」為題做了報導。劍橋大學麥可·墨菲等學者的這項研究再次將我們的目光引向了一些最基本的問題:光速是恆定的嗎?我們理解的基本常數是穩定不變的嗎?  在普通人看來,光速不變理論有很多難以理解之處。
  • 愛因斯坦提出了光速不變原理?不,他只是假設而已
    在大家的印象中光速不變的原理是隨著愛因斯坦1905年狹義相對論發表時,同時提出的兩條基本假設狹義相對性原理:一切物理定律在所有慣性系中均有效光速不變原理:光在真空中的速度c是一個常數,與光源的運動狀態無關。前者說的是一切物理定律(除引力外)在洛侖茲變換下保持形式不變,不同的時間內進行的實驗得出的物理定律是一致的。
  • 愛因斯坦發現了光速不變原理?其實在他之前早已有人證明!
    在大家的印象中光速不變的原理是隨著愛因斯坦1905年狹義相對論發表時,同時提出的兩條基本假設狹義相對性原理:一切物理定律在所有慣性系中均有效光速不變原理:光在真空中的速度c是一個常數,與光源的運動狀態無關。
  • 愛因斯坦理論面臨挑戰:光速並非恆定不變!
    這次檢測有可能打破由愛因斯坦提出的理論:光速在真空中是恆定不變的,為每秒30萬米。據美聯社報導:物理學界的科學家們為之震驚。但是他們也十分高興,因為最新提出的一項關於宇宙在次原子狀態下運作方式的假設可能是正確的。澳大利亞雪梨市新南威爾斯大學的約翰·韋伯教授是這個觀測小組的負責人。他說:「這將對物理學的基礎有巨大的影響。」
  • 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?
    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
  • 相對論中的「光速不變理論」和「時空彎曲理論」為什麼是矛盾的
    相對論是對的嗎?有人認為相對論中的「光速不變理論」和「時空彎曲理論」是矛盾的。我們暫且把它稱為「時空光速悖論」。下面是這個悖論的產生的原理。相對論是對的嗎相對論與牛頓理論的一個最大不同之處就是對空間的認識。
  • 光速不變的本質是什麼?是光速靜止了時間還是壓縮了空間?
    關於光速是個常數的結論最早是由麥克斯韋的聯立方程組推導出來的(即C=1/ε0μ0,ε0和μ0分別是真空介電常數和真空磁導率,它們都是常數),不過那時不叫光速,而是麥克斯韋預言存在的電磁波的傳播速度,由於這個數值大小與當時測定的光速大小相似,所以麥克斯韋認為光就是一種電磁波,即光速是個常數
  • 哲學與科學的對決——破解「光速不變」
    光速不變是愛因斯坦的一種假設,是一種理論之所以成立的邏輯基點;否則,像當代的主流的哲學理論一樣,認定一切都是相對的、多元的、運動的、變化的,必然使理論陷入沒有任何確定性的「惡無限」,成為徹底的荒誕。從終極的必然性層面看,光及光速都是物質現象,沒有絕對的確定性,這個「光速不變」的原理是錯誤的,麥可遜—莫雷實驗,只是一種物質現象實驗,不足以證明「光速不變」就是絕對正確的。
  • 愛因斯坦為什麼會提出「光速不變原理」
    1905年這一年,愛因斯坦發表了狹義相對論,這個理論有點類似於歐幾裡得的幾何學,僅僅利用幾條公設,就建立了一套理論體系。歐幾裡得幾何學有五條公設。而愛因斯坦創立狹義相對論也用到了兩條假設: 相對理性原理(也可以叫做伽利略變換) 光速不變原理 而其中最大的突破其實來自於後面這一條「光速不變原理」,那愛因斯坦為何會提出這條假設呢?
  • 「光速不變」的真正原因是什麼?其實很簡單!
    如果我告訴你「光速不變原理」是一種假設,你信嗎? 別不信,還真是假設! 首先說明一點,這裡的「光速不變」並不是指光速在真空中的傳播速度為30萬公裡每秒,而是指相對於任何慣性參考系,光速始終都是30萬公裡每秒!
  • 愛因斯坦發明了什麼,愛因斯坦到底有多厲害?
    麥可遜-莫雷「光在以太中的速度」實驗這是在1887年的一個光速實驗,目的是證明以太的存在,但卻意外的證明了光速不變這個理論。1905年,愛因斯坦拋棄了以太假說,以光速不變和下一相對性原理的兩條基本假設推出了相對論,同時洛倫茲變換也被保留。