怎麼理解光速是恆定的

2021-03-01 長春中國光學科學技術館

光的速度相對於任何參照系都是恆定且相同的，這是狹義相對論的兩大理論基礎之一，它又稱為光速不變原理。至於如何理解光速不變原理，可以通過一個簡單的例子來了解一下。

在一列以速度v相對於地面勻速行駛的火車上，火車的前照燈向前發射出一道光，這道光相對於火車的速度為c。假設有甲、乙、丙三名觀測者，其中甲坐在火車上相對於火車靜止，乙在火車上朝著火車前進的方向以速度u勻速運動，丙站在地面上相對於地面靜止。那麼，甲測得光相對於他的運動速度為c，乙測得的光速不是c-u而仍然是c，丙測得的光速不是c+v而仍然是c。

因此，無論觀測者具有怎樣的運動狀態，他們測得光相對於他們的運動速度都是保持恆定的c。換句話說，光速與任何大小的速度疊加之後既不會大於光速也不會小於光速，而是仍然等於光速。

光速不變的現象最早被麥可遜-莫雷的光幹涉實驗所證實。最初，麥可遜和莫雷兩位物理學家想要通過實驗來測量兩束沿著不同方向的光所具有的速度差。他們讓一束光與地球公轉方向保持一致，讓另一束光垂直於該方向。但實驗結果表明，兩束不同方向的光具有完全相等的速度，這表明光速的大小與參照系的選擇無關。

而在更早之前，麥克斯韋已經初見端倪，他從電磁場方程組中推導出了一個只有常數的光速公式。

愛因斯坦把這種現象認定為宇宙的基本原理，再結合相對性原理，他創立了狹義相對論。在狹義相對論看來，光速是絕對的，而時間和空間才是相對的。這種與經典物理學剛好相反的世界觀帶來了革命性的變化，著名的時間膨脹效應就是源自於此。

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  • 光速恆定?或許還有比光速更快的速度,人類無法想像
    人類無法製造出和光速一樣快的裝載機器。人類科學家們對光速世間知識的獲取多了之後，就發現光速似乎是無法超越的，以及光速在真空之中是恆定的。如果現在有人說還有著其他比光速更為快的速度，或許你會不信。但筆者今日要說的是，換一個角度看，宇宙之中或許真的有比光速更快的速度。既然如此說，那是不是這光速恆定的理論就是錯誤的呢？
  • 光速恆定不變,這是怎麼被發現的?源於一次大膽的假設
    光速為299792458m/s，且恆定不變。光速不變是怎麼一回事呢？光速是宇宙系統內部運動的最快速度，任何有質量的物體都無法超越光速，且光速相對於任何參考系而言都是恆定不變的。這是不是有些不好理解？那就讓我們從牛頓說起。
  • 光速恆定理論
    因為光速與觀測者相對於光源的運動速度無關，即相對於光源靜止和運動的慣性系中測到的光速是相同的。愛因斯坦在他1905年發表的狹義相對論提出：相對任何以恆定速度運動的觀察者來說，不管這個速度是多少，物理原理及光速都是一樣的。如果在一枚火箭裡，與一道雷射脈衝一同衝入宇宙空間。地球上的觀察者會看到這一脈衝以光速遠去。但無論火箭相對於地球運動的速度為多少，譬如光速的99%，光線仍以光速超越火箭。
  • 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？
  • 光速並非恆定 而是越來越慢?
    狹義相對論描繪了時間與空間的關係，它建立在兩條基本假設的基礎上：物理定律對於所有的勻速運動的觀察者來說都相同；真空中的光速對任何觀察者來說恆定不變。在過去的一個世紀內，愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論都經受住了實驗的檢驗，並且能夠用於解釋許多物理現象，包括宇宙的起源。但在20世紀90年代末期，少數幾位物理學家向狹義相對論的一條基本假設發起了挑戰。
  • 研究發現光速應被理解成一種極限 並非恆定不變
    參考消息網1月19日報導 外媒稱，光並不總是以光速傳播。一項新的實驗揭示出，操控光脈衝的結構會減慢其傳播速度，甚至在真空條件下也是如此。這篇已被刊登的論文記述了從實驗中得出的證據，即物理學領域裡其中一個最重要的常數——光速應被理解成是一種極限，而不是光在真空中傳播時恆定不變的速度。紐約羅切斯特大學的光學物理學家羅伯特·博伊德說：「這項研究給人印象非常深刻。它其實顯而易見，你會想知道自己最開始為何沒有認識到這一點。」
  • 愛因斯坦這樣解釋光速恆定問題 一大波圍觀網友來襲
    首先我們應該認識一個事實，那就是光速恆定是麥可遜—莫雷實驗驗證的真理，並不是愛因斯坦的假設，相反愛因斯坦需要做的事就是大膽接受反常識的實驗結論為之所用，然後去解釋為什麼光速恆定。其實關於這個問題，愛因斯坦已經給出了滿意的答案。愛因斯坦的絕妙之處，就是把光速不變問題轉變為一項命題。一開始，他暫時就光速為何恆定不提出疑問。光速每秒30萬公裡，一概不變。事實上光速恆定完全違背常識。
  • 光速恆定實驗測量的真理,近代物理快速發展是從對光的理解開始!
    早期物理學家對光速的測量光速一直被認為是無限的，是瞬間到達的。很多早期的物理學家，如弗蘭西斯弗蘭西斯·培根、約翰內斯·克卜勒和勒內·笛卡兒等,都認為光速無限。不過,伽利略卻認為光速是有限的。這是歷史上非常著名的測量光速的掩燈方案,但由於光速實在太快了,地面測量很難捕捉到，因斯實驗並沒有成功。17世紀人類首次測量出光速數值由於宇宙廣闊的空間為測量光速提供了足夠大的距離,因此,光速的測量首先在天文學上取得了成功。
  • 如時間和距離都非恆定,光速為何恆定?光速可變理論有沒有前途?
    最著名的、最眾所周知的常數應當是光速，真空中的光速為c=299792458米/秒，這是一個國際公認值。而根據愛因斯坦的狹義相對論，這個數值是永遠不會變化的。撇開物理學那些深奧的理論不談，僅從人類現在對宇宙的認知來看，這個宇宙中能有什麼東西是永恆不變的嗎？如果答案是否定的，那又憑什麼認定這些常數會永恆不變呢？
  • 光速恆定真的無法打破麼?科學家:在這種速度面前光速真的不夠看
    愛因斯坦在相對論中曾經提出過這樣一個理論，那就是光速恆定理論。這個理論所說的就是，世界上最快的速度就是光速，任何物體只能無限接近於這個速度而無法達到。如果真是如此，那麼人類無疑是被關在了一個巨大的囚籠之中。雖然知道外面廣闊無邊，但是卻無法前往。那麼光速恆定真的是無法打破的嗎？科學家們說了，在這種速度面前，光速真的不夠看。首先我們來看一下什麼叫做光速恆定？
  • 為什麼光速恆定無法超越?或許這就是一個宇宙牢籠
    光速恆定根據麥克斯韋方程組，計算可得：光速竟只與真空介電常數和真空磁導率有關，如上圖所示，它是一個恆定值。麥克斯韋給出確定值卻沒給出參考系，人們只好設定「以太」作為光的傳播介質，但之後證明「以太」不存在，故愛因斯坦直接假定光對所以慣性系速度恆定，並得出相對論且符合得好。
  • 光速恆定不變?量子理論不這麼認為
    羅默認為就是這樣，他粗略計算出光速每秒大約22萬公裡。考慮到當時對行星大小的數據並不完全準確，這個結果不算糟糕。在我們自己的行星上進行的光束的進一步實驗使科學家更接近正確的數字，然後在19世紀中期，物理學家詹姆斯·克萊克·麥克斯韋（James Clerk Maxwell）介紹了他的麥克斯韋方程組--在真空中測量電場和磁場的方法。
  • 光速:空間與時間流變轉化的比值常數,什麼情形時恆定不變
    狹廣義相對論認為光速不變,並且是宇宙中運動速度的極限，幾乎可以把光速當作我們這個時空恆定的一個常數,是關於空間距離與時間比值的恆定常數。光速不變也可以理解為我們這個四維時空中「空間與時間流變轉化的比值恆定常數」。
  • 為什麼時間會膨脹,達到光速時間停止怎麼理解?
    在這些公式裡，我們可以看到都有光速「c」的身影，說明光速在時間膨脹中的關鍵性作用，如果沒有確定光速的準確值，或者沒有確定光速極限、光速不變、光速恆定這幾個原則，就沒有時間膨脹的精確測量。因此我們首先了解一下什麼是「光」？為什麼說光速有這麼重要呢？
  • 一艘宇宙飛船，如果可以維持恆定加速度，最終能超過光速嗎？
    很多人都知道真空光速是物體運動速度的上限，沒有物體可以比光更快，然而這樣的結論也使得很多人對此產生懷疑，如果有一艘高科技飛船在宇宙中航行，它可以通過一些非常先進的手段，使得自身以一個恆定的加速度飛行，那麼最終是否能超過光速呢？
  • 有三種方法可讓光速慢下來,但並不否定光速最快光速恆定的性質
    光速最快光速恆定是現代物理學基本槓槓，自從愛因斯坦廣義相對論定下了這個槓槓，歷經100年檢驗越來越牢不可破。但不少人有這樣一個疑問，有沒有辦法讓光速慢下來呢？當然有，如果不設定條件，起碼有三種方法。但光子屬於玻色子，我們今天是講光速怎麼變慢，所以就主要講玻色子凝聚態，不講費米子凝聚態了。科學家們在1995年就製造出了波色~愛因斯坦凝聚態，從而實現了這二位科學家的預言。那麼光子在玻色~愛因斯坦凝聚狀態下會呈現一種什麼樣的性質呢？
  • 檢驗光速恆定假設真實性研究項目建議書
    編制人：彭曉韜 編制日期：2020.04.24 一、項目目的愛因斯坦在建立狹義相對論時，根據前人對光速的一些實驗結果進行了一個大膽的假設：光速在任意慣性系中速度恆定不變。但前人也有部分實驗和天文觀測結果證明光速與介質的運動狀態存在關聯性，如：斐索流水實驗及光行差常數。因此，迫切需要對光速到底是否恆定進行驗證與判定，為正本清源提供最基礎的素材與力證。
  • 在所有參考系中,光速都恆定嗎?
    當人們討論「光速」時，是指真空中的光速，通常還表示在慣性坐標系中測得的速度。 該真空慣性速度表示為c。在真空慣性系中光速是恆定的嗎？但如果質量不為零，則光速將不會恆定，從理論上講，我們將c設為真空中光速的上限，這樣我們就可以繼續考究c是否為恆定常數。國際單位制還假設無論在不同的慣性系中進行測量，得出的光速結果也會相同。這實際上是狹義相對論的一個假設，如下所述。
  • 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。