人類至今無法實現超光速,那麼光速是如何測量的哪?

19世紀末邁克爾遜-莫雷實驗並沒有如大家所預想的那樣,證明宇宙中以太的存在。這變成了開爾文口中經典物理學大廈天口中的漂浮的一朵烏雲,正在大多數科學家試圖從實驗誤差中找原因的時候,愛因斯坦橫空出世在1905年提出狹義相對論,認為以太不存在,並且是光速不變的。因此是光速不變這是一種理論上的限制,並非是人類技術上達不到。

人類至今無法實現超光速,那麼光速是如何測量的哪?

愛因斯坦關於不能超光速最準確的描述如下:

  1. 有靜止質量的物體永遠達不到光速,理論上只能無限接近於光速,光子沒有靜止質量可以為光速;
  2. 信息的傳遞速度不能超光速,只能等於光速,例如現代的各種通信極限就是光速。

而宇宙中目前公認的兩個超光速現象,一個是宇宙的膨脹速度超光速,一個是量子糾纏的速度超光速。但是這兩個超光速第一個膨脹的是空間,並非是物質。第二個量子糾纏並不能傳遞信息,所謂的量子通信實際上是一種密保。

光速的測量歷史-並非是大家想象中那麼簡單

現在我們知道真空中光速大約為30萬公里每秒,這個速度可以一秒鐘繞地球七圈半,到月球也僅僅一秒鐘多一點。可想而知測量它是有多難,但是這些都難不住前輩科學家們的智慧。

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1.伽利略光速測量

簡單來理解這個過程,伽利略找了兩座相聚很遠但是可以相互望見的高山。同時找了三個助手兩兩一組,各準備一個改造好的煤油燈,上邊帶著滑蓋可以上下滑動遮擋光源。具體過程如下,A座山上的人打開光源、B座山上的人看見光源迅速也打開光源、之後A座山上的人看到B光源關閉自己的光源。就這樣機械地重複著動作,最後記錄好時間。用距離除時間直接得到光的速度。

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但是結果我們可想而知,由於誤差很大,人為因素影響下結果相差甚遠,但是伽利略的這次行動敲響了光速測量號角。

2.最成功的光速測量方法

這個測量辦法是由法國物理學家菲索想出來的,當齒輪不轉動的時候,光線射出從鏡子反射回來再通過原來的齒輪縫隙射入到我們眼睛。當快速轉動齒輪的時候,有一種情況那就是光線從該齒輪縫隙射入,再次返回的時候正好齒輪轉了整圈,光線依舊從該縫隙返回。所以接下來要做的就是不斷的加大齒輪數和齒輪與鏡子的距離。

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最終菲索當把齒數增加到720,光源距鏡子的距離達8公里之遙,齒輪的轉數達到12.67轉每秒,最終測出了光的速度為31.5萬公里每秒。這個誤差已經是非常的小了接近真實值。

而後來隨著電磁學的發展麥克斯韋預言了電磁波的存在,震盪的電場產生震盪的磁場,震盪的磁場產生震盪的電場,最後一點點傳播下去。電磁波的速度等於頻率乘以波長,最終計算出了電磁波的速度30萬公里每秒,這個數值引起大家注意因為跟測量的光速31.5萬公里每秒非常近似。最終科學家發現光就是電磁波的一種,光速測量至此為止,因為是可以計算出來了。

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