為什麼光的速度是恆定的,不會改變?

一句話神評論


光速在真空中是恆定的常數,這應該很容易理解,因為條件很清楚:真空中。

這不僅是測量得到的結果,也是依據電磁理論計算出的結果。

根據狹義相對論,具有靜止質量的物質,當速度接近光速時,需要無限大的能量才能把該物體加速到光速,光速也就是具有質量的物體的速度上限。

詹姆斯·麥克斯韋

在經典物理中,光是一種電磁波,電磁場的經典物理性質由麥克斯韋方程組所描述,其中電磁波在真空中就以光速傳播。

其中μ0為真空磁導率,又稱磁場常數、磁常數、自由空間磁導率或磁常數是一物理常數,指真空中的磁導率。

ε0為真空電容率,又稱為真空介電係數,或電常數,數值為ε0=8.854187817×10^(-12)法拉/米。


在現代量子物理學中,電磁場由量子電動力學描述。QED理論中的光是電磁場中的最基本激發態,光子不具質量,因此根據狹義相對論,它們在真空中必須以光速運行。

在一些主張光子具有質量的理論中,聲稱光速與其頻率相關,但在嚴謹的實驗中從未探測出光的速度隨頻率的變化。

粒子在介質中的運動速度可以超過光在其中的相位速度,但仍低於真空光速。當帶電粒子在介電質中的運動速度超過光的相速度,它就會發射出類似激波的切連科夫輻射。


心繫宇宙天地寬


為什麼光的速度是恆定的?簡單說,物理公式和我們觀察的結果都證實了這一點。光速不變原理的出現是近現代物理學上的一個重大變革,這個原理是狹義相對論的基礎,也是科學家們在研究探索以外的過程中提成來的,被愛因斯坦提出來的,過程比較複雜,這裡就長話短說!

在很長一段時間裡,物理學界都堅信牛頓的絕對時空觀,認為時間和空間都是絕對的,任何物體的速度大小都需要有一個參照物,那麼光速的參照物是什麼呢?

傳說中的以太被提出來,但以太的的概念不但沒有簡化物理學中的問題,反而讓出現的問題越來越難解,越來越多的證據指向以外的不存在。但是由於絕對時空觀的統治地位非常牢固,多數科學家不願意放棄絕對時空觀。

而愛因斯坦顛覆性的思維讓他觸摸到了相對論,他認為既然以太會造成科學界的困惑,何不大膽地認為以太根本就不存在,奧卡姆剃刀原理就是這個道理。

而在愛因斯坦仔細研究了最美公式,麥克斯韋方程組之後(關注微信公眾號:yzdaquan,回覆:最美公式,2萬字詮釋麥克斯韋方程組為何是最美公式),更加堅定了他的想法。方程組表明光速是一個常數,不受光源和運動形式的影響,也就是說在任何參照系下光的速度都是光速!

與其愛因斯坦提出了完全顛覆牛頓絕對時空觀的相對時空觀,以光速不變原理為基礎,創建了狹義相對論!


宇宙探索


根據人類的認識,自然界中的一切物體可以劃分為兩大類,其一是作為物理對象的物質,其二是作為物理背景的空間。

雖然,前者是隱形的,後者是顯性的,但是後者的行為卻必須藉助前者來予以說明。比如,粒子的波粒二象性,就是離散的量子空間和微觀粒子共同作用的結果。

因此,任何物體的外在能量都有兩種形式。其一是相對於自身的動能,其二是相對於空間的勢能。

當物體低速運動時,空間效應可以忽略不計,只以動能的形式增減能量;反之,當物體高速運動,接近於空間量子的傳播速度即光速時,空間效應趨近於無窮大。於是,該物體的能量增減,主要是相對於空間的勢能,表現為速度不再隨能量的增加而增大。

由於光子的靜質量非常小,致使光子的動能遠小於其相對於空間的勢能。所以,光速只是光子為維持其相對於空間勢能的速度。因此,光速表現為與其能量(頻率)和空間無關。

需要說明的是,所謂光速不變,只具有相對性。

相對性一,能量高的光速大於能量低的光速,只是不同能量的光速差遠小於光速。

相對性二,不同密度的空間需要不同的速度來維持,類似河水比海水🌊需要更高的速度來維持赤腳🦶划水運動。

隨著宇宙的膨脹,光速由原來的零速逐漸地增大至現在的數值c,並且會伴隨著宇宙的膨脹而進一步地增大。

總之,光速不變,是因為光子的靜質量無限小,以至於其能量的變化,主要表現為相對於空間的勢能。


淡漠乾坤


  目前被認定為證明光速不變的幾個實驗均存在不嚴謹的問題:MM實驗和天頂處天體光行差相等均只證明光在地表大氣層內速度恆定!同時,因實驗觀測中均使用了稜鏡,就算是在真空中,這種實驗裝置也不可能測量出光速的差異來。因為光通過稜鏡後的速度僅相對稜鏡速度恆定,與入射光的速度無關了。

  光是由帶電體產生的,其在真空中的傳遞速度當然是相對帶電體速度恆定,但相對於帶電體運動的測量裝置所測得的光速應該與測量裝置的運動方向與相對帶電體的運動速度大小相關,不可能速度恆定!由此,本人設計了《基線法實測光速實驗方案》,利用太空中的靜止衛星進行光速的實際測量就可以避免地球大氣層的影響,也可以消除實驗裝置中稜鏡對光的改造影響。這樣才有可能真正測量出不同運動速度的光源產生的光之速度到底是否恆定!

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彭曉韜


光速是恆定的,是指光在同一介質裡播速度是恆定的。光是電磁波,聲波在同一介質裡傳播速度也是恆定的,一切波都是如此。水波,用彈簧或繩子做成的機械波也是如此。為什麼呢?這是波的性質。波本身是沒有質量的,沒有質量就沒有慣性,沒有慣性就不會被振源運動加速。光是電磁波是交替變化的電磁場,沒有質量和慣性,光未產生前,不會被光源運動預先加速獲得運動慣性。從光源產生後立刻脫離光源獨立存在,與光源運動無關了,所以光速不變。光源的運動只能改變生成一個波的時間,即多普勒效應。只有光是由磁波和光速不變才能產多普勒效應。光不可能是光子,如果光是光子就不會有波動性,光速就會隨光源運動而改變,光子不會產生多普勒效應。光源的運動是連續的,多普勒效應可以變化出無限多種頻率,就有無限多種連續光子,量子力學是繆論。光子光電效應是繆論。光速不變是波的本質,不能唯心地用尺縮鐘慢時空扭曲去湊合,相對論是繆論。在同一介質裡,聲速也不變,為什麼不會尺縮鐘慢?在同一介質裡所有波波速都不變,就有各種時空扭曲?


cx1944


一個炮彈,從大炮裡打出來的初速度是光速時(假設),在沒有吸引力、其它阻力的時候,也會按照光速勻速運動的。

從嚴格意義上講,光的運動並不是恆定的,就是說也是要受到外界影響,比如受引力影響的軌跡彎曲,軌跡彎曲即運動方向改變,速度是一個矢量,方向改變也是速度的變化。


惠舒旅社老闆


老郭對於這個問題的理解是:因為我們需要光速不變,所以光速是不變的。

看完這句話,大家有沒有要打我的衝動?且聽老郭娓娓道來。

關於光速到底是多少,其實從伽利略那個時代就開始了,但是限於當時的技術手段,也只能是意淫一下,並不能測出來光速究竟是多少。

後來隨著技術的進步,利用行星的一些天文現象測量光速,雖然數值也不對,但是數量級至少是對的。

等到19世紀的時候,人們發現了光是電磁波,並且麥克斯韋鼓搗出來一個方程組。從數學的角度發現,這個方程組要是有解的話,那麼光速必須是一個常數。這是科學家第一次覺得,光速應該是一個常數。

這之後,就是那個很有名的邁克爾孫-莫雷的干涉實驗。這個實驗證明了,雙程光速是不變的。從這以後,光速不變這個概念,開始在科學家心裡落地生根了。

這之後,愛因斯坦,以光速不變為原理,先後提出了狹義相對論和廣義相對論,一下子為現代物理學的大廈,奠定了基礎之一(另一個是量子力學)。隨著相對論中提出的一些預言陸續被觀測和實驗所證實,光速不變原理作為一個基礎也越來越牢固。

到了20世紀末期,國際上重新定義了長度單位米,用光走1秒鐘距離的1/299792458作為1米。這意味著什麼呢?這意味著,光速從原來的測量值,變成了約定值。

那麼為什麼要把光速變成約定值?這麼做是出於什麼需要嗎?

是的,因為我們要測量宇宙,我們需要一把尺子。其實對於宇宙的尺度測量,從根本上來說是對於時間的測量。那麼人類現在能拿出來的最好的尺子就是光。

我們現在都知道,測量時間是用週期性運動的等時性來測量時間的。但是我們能確定週期性運動的週期之間肯定是相等的嗎?很顯然不能。因為我們不能把一個週期性運動跟過去和未來相比較。我們只能約定,這個週期相等。沒有光速不變之前,其實這樣的默認也是隱含條件。

那麼好了,我們用光的週期性去測量時間,那麼就必須默認,光的週期性是一致的,否則,我們對於這個週期性相等都不認可,等於我們拿著的是一把不斷變化的尺子,任何測量都失去了物理實在的意義,那還測量個毛啊。

這就是為什麼老郭在開篇就說:我們需要光速不變,所以光速是不變的。需要補充一下,在我們目前所有的實驗能力範圍內,包括在真空中和高能粒子對撞機中對於光速的測量結果都是不變的。所以光速不變,即是約定,也是事實。#我來科普##這很科學#


郭哥聊科學


不作特別說明時,光速通常是指光(電磁波)在真空中的傳播速度,即30萬千米每秒。真空中的光速是物體運動速度的極限,任何有質量的物體都不可能達到光速。宇宙中沒有靜止質量的物體的速度都可以達到光速。


光速是目前已知的最大速度。根據相對論中的質增效應,物體的速度越接近光速時,其質量越大。從下列公式中可以看出,即使用上全宇宙的能量,也不可能把一個物體加速到光速。

光的速度並不是恆定的,在透明或者半透明的介質中,光速會降低。

光在不同介質中的傳播速度是不一樣的。比如光在空氣中的傳播速度就比在真空中的傳播速度慢一點,雖然可以忽略,但差異仍是存在的。光在某種介質中的速度與真空中的光速之比,就是該介質的折射率。



經研究發現,光在經過水、玻璃等介質時,光速會下降,再次返回自由空間時,光速又會恢復正常。科學家曾通過特殊的介質,將光速降低至幾十米每秒。

相對論中的光速不變原理

光速不變原理並不是隨意假設的,而是求解麥克斯韋方程組得到的,並由邁克爾遜—莫雷實驗所證實。



無論在何種參考系中觀察,光在真空中的傳播速度都是恆定的,不隨光源和觀察者所在參考系的相對運動而改變。這就是光速不變原理。

光速與任何速度疊加,其速度仍然是光速。比如運動中的手電發出的光的速度仍然是光速,並不會因此產生超光速現象。



科學探索菌


光速不變其實是一個誤解。到目前為止,所有驗證光速不變的實驗都是在地球環境中進行的,而且都是採用光源運動方式。嚴格來說目前只是證實了“光速與光源運動無關”,但還沒有實驗證明“光速是否與觀測者運動無關”,只有二種方式下光速都不變,才是愛因斯坦所說的光速不變。而“光速與光源運動無關”的結論意義不大,聲音在空氣中傳播時也是“聲音傳播速度與聲源運動無關”,但無人由此提出聲音速度不變的觀點,內中奧妙看官自去理解。


馮清亮A


沒有人知道光為什麼能以3*10^8千米/秒傳播,而這個速度是宇宙中最快的速度。


光子一出生就以這個速度跑。這個答案也許並不能使人信服,但事實如此。宇宙中的速度總要有一個王者,有一個上限。碰巧目前可見宇宙中我們發現最快的速度就是光速。愛因斯坦的狹義相對論中一切不可思議的效果都是由光速不變原理而倒出的。例如:尺縮效應、時間變慢效應。


我們的科學家只是發現了可觀存在的事實規律,即光以光速傳播。然後“拿來主義”用其作為公理來更深的瞭解宇宙的時空關係。關於光為什麼會以光速傳播就好像問我們為什麼會出生在中國,而不是美國一樣暫時無法回答。如果我們對宇宙其它96%的物質有很深一步的瞭解,也許會打破光速是最快的記錄。

所以沒人知道光速到底為什麼是最快的,光子從誕生起就以這個速度跑。


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