为什么光的速度是恒定的,不会改变?

一句话神评论


光速在真空中是恒定的常数,这应该很容易理解,因为条件很清楚:真空中。

这不仅是测量得到的结果,也是依据电磁理论计算出的结果。

根据狭义相对论,具有静止质量的物质,当速度接近光速时,需要无限大的能量才能把该物体加速到光速,光速也就是具有质量的物体的速度上限。

詹姆斯·麦克斯韦

在经典物理中,光是一种电磁波,电磁场的经典物理性质由麦克斯韦方程组所描述,其中电磁波在真空中就以光速传播。

其中μ0为真空磁导率,又称磁场常数、磁常数、自由空间磁导率或磁常数是一物理常数,指真空中的磁导率。

ε0为真空电容率,又称为真空介电系数,或电常数,数值为ε0=8.854187817×10^(-12)法拉/米。


在现代量子物理学中,电磁场由量子电动力学描述。QED理论中的光是电磁场中的最基本激发态,光子不具质量,因此根据狭义相对论,它们在真空中必须以光速运行。

在一些主张光子具有质量的理论中,声称光速与其频率相关,但在严谨的实验中从未探测出光的速度随频率的变化。

粒子在介质中的运动速度可以超过光在其中的相位速度,但仍低于真空光速。当带电粒子在介电质中的运动速度超过光的相速度,它就会发射出类似激波的切连科夫辐射。


心系宇宙天地宽


为什么光的速度是恒定的?简单说,物理公式和我们观察的结果都证实了这一点。光速不变原理的出现是近现代物理学上的一个重大变革,这个原理是狭义相对论的基础,也是科学家们在研究探索以外的过程中提成来的,被爱因斯坦提出来的,过程比较复杂,这里就长话短说!

在很长一段时间里,物理学界都坚信牛顿的绝对时空观,认为时间和空间都是绝对的,任何物体的速度大小都需要有一个参照物,那么光速的参照物是什么呢?

传说中的以太被提出来,但以太的的概念不但没有简化物理学中的问题,反而让出现的问题越来越难解,越来越多的证据指向以外的不存在。但是由于绝对时空观的统治地位非常牢固,多数科学家不愿意放弃绝对时空观。

而爱因斯坦颠覆性的思维让他触摸到了相对论,他认为既然以太会造成科学界的困惑,何不大胆地认为以太根本就不存在,奥卡姆剃刀原理就是这个道理。

而在爱因斯坦仔细研究了最美公式,麦克斯韦方程组之后(关注微信公众号:yzdaquan,回复:最美公式,2万字诠释麦克斯韦方程组为何是最美公式),更加坚定了他的想法。方程组表明光速是一个常数,不受光源和运动形式的影响,也就是说在任何参照系下光的速度都是光速!

与其爱因斯坦提出了完全颠覆牛顿绝对时空观的相对时空观,以光速不变原理为基础,创建了狭义相对论!


宇宙探索


根据人类的认识,自然界中的一切物体可以划分为两大类,其一是作为物理对象的物质,其二是作为物理背景的空间。

虽然,前者是隐形的,后者是显性的,但是后者的行为却必须借助前者来予以说明。比如,粒子的波粒二象性,就是离散的量子空间和微观粒子共同作用的结果。

因此,任何物体的外在能量都有两种形式。其一是相对于自身的动能,其二是相对于空间的势能。

当物体低速运动时,空间效应可以忽略不计,只以动能的形式增减能量;反之,当物体高速运动,接近于空间量子的传播速度即光速时,空间效应趋近于无穷大。于是,该物体的能量增减,主要是相对于空间的势能,表现为速度不再随能量的增加而增大。

由于光子的静质量非常小,致使光子的动能远小于其相对于空间的势能。所以,光速只是光子为维持其相对于空间势能的速度。因此,光速表现为与其能量(频率)和空间无关。

需要说明的是,所谓光速不变,只具有相对性。

相对性一,能量高的光速大于能量低的光速,只是不同能量的光速差远小于光速。

相对性二,不同密度的空间需要不同的速度来维持,类似河水比海水🌊需要更高的速度来维持赤脚🦶划水运动。

随着宇宙的膨胀,光速由原来的零速逐渐地增大至现在的数值c,并且会伴随着宇宙的膨胀而进一步地增大。

总之,光速不变,是因为光子的静质量无限小,以至于其能量的变化,主要表现为相对于空间的势能。


淡漠乾坤


  目前被认定为证明光速不变的几个实验均存在不严谨的问题:MM实验和天顶处天体光行差相等均只证明光在地表大气层内速度恒定!同时,因实验观测中均使用了棱镜,就算是在真空中,这种实验装置也不可能测量出光速的差异来。因为光通过棱镜后的速度仅相对棱镜速度恒定,与入射光的速度无关了。

  光是由带电体产生的,其在真空中的传递速度当然是相对带电体速度恒定,但相对于带电体运动的测量装置所测得的光速应该与测量装置的运动方向与相对带电体的运动速度大小相关,不可能速度恒定!由此,本人设计了《基线法实测光速实验方案》,利用太空中的静止卫星进行光速的实际测量就可以避免地球大气层的影响,也可以消除实验装置中棱镜对光的改造影响。这样才有可能真正测量出不同运动速度的光源产生的光之速度到底是否恒定!

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彭晓韬


光速是恒定的,是指光在同一介质里播速度是恒定的。光是电磁波,声波在同一介质里传播速度也是恒定的,一切波都是如此。水波,用弹簧或绳子做成的机械波也是如此。为什么呢?这是波的性质。波本身是没有质量的,没有质量就没有惯性,没有惯性就不会被振源运动加速。光是电磁波是交替变化的电磁场,没有质量和惯性,光未产生前,不会被光源运动预先加速获得运动惯性。从光源产生后立刻脱离光源独立存在,与光源运动无关了,所以光速不变。光源的运动只能改变生成一个波的时间,即多普勒效应。只有光是由磁波和光速不变才能产多普勒效应。光不可能是光子,如果光是光子就不会有波动性,光速就会随光源运动而改变,光子不会产生多普勒效应。光源的运动是连续的,多普勒效应可以变化出无限多种频率,就有无限多种连续光子,量子力学是缪论。光子光电效应是缪论。光速不变是波的本质,不能唯心地用尺缩钟慢时空扭曲去凑合,相对论是缪论。在同一介质里,声速也不变,为什么不会尺缩钟慢?在同一介质里所有波波速都不变,就有各种时空扭曲?


cx1944


一个炮弹,从大炮里打出来的初速度是光速时(假设),在没有吸引力、其它阻力的时候,也会按照光速匀速运动的。

从严格意义上讲,光的运动并不是恒定的,就是说也是要受到外界影响,比如受引力影响的轨迹弯曲,轨迹弯曲即运动方向改变,速度是一个矢量,方向改变也是速度的变化。


惠舒旅社老板


老郭对于这个问题的理解是:因为我们需要光速不变,所以光速是不变的。

看完这句话,大家有没有要打我的冲动?且听老郭娓娓道来。

关于光速到底是多少,其实从伽利略那个时代就开始了,但是限于当时的技术手段,也只能是意淫一下,并不能测出来光速究竟是多少。

后来随着技术的进步,利用行星的一些天文现象测量光速,虽然数值也不对,但是数量级至少是对的。

等到19世纪的时候,人们发现了光是电磁波,并且麦克斯韦鼓捣出来一个方程组。从数学的角度发现,这个方程组要是有解的话,那么光速必须是一个常数。这是科学家第一次觉得,光速应该是一个常数。

这之后,就是那个很有名的迈克尔孙-莫雷的干涉实验。这个实验证明了,双程光速是不变的。从这以后,光速不变这个概念,开始在科学家心里落地生根了。

这之后,爱因斯坦,以光速不变为原理,先后提出了狭义相对论和广义相对论,一下子为现代物理学的大厦,奠定了基础之一(另一个是量子力学)。随着相对论中提出的一些预言陆续被观测和实验所证实,光速不变原理作为一个基础也越来越牢固。

到了20世纪末期,国际上重新定义了长度单位米,用光走1秒钟距离的1/299792458作为1米。这意味着什么呢?这意味着,光速从原来的测量值,变成了约定值。

那么为什么要把光速变成约定值?这么做是出于什么需要吗?

是的,因为我们要测量宇宙,我们需要一把尺子。其实对于宇宙的尺度测量,从根本上来说是对于时间的测量。那么人类现在能拿出来的最好的尺子就是光。

我们现在都知道,测量时间是用周期性运动的等时性来测量时间的。但是我们能确定周期性运动的周期之间肯定是相等的吗?很显然不能。因为我们不能把一个周期性运动跟过去和未来相比较。我们只能约定,这个周期相等。没有光速不变之前,其实这样的默认也是隐含条件。

那么好了,我们用光的周期性去测量时间,那么就必须默认,光的周期性是一致的,否则,我们对于这个周期性相等都不认可,等于我们拿着的是一把不断变化的尺子,任何测量都失去了物理实在的意义,那还测量个毛啊。

这就是为什么老郭在开篇就说:我们需要光速不变,所以光速是不变的。需要补充一下,在我们目前所有的实验能力范围内,包括在真空中和高能粒子对撞机中对于光速的测量结果都是不变的。所以光速不变,即是约定,也是事实。#我来科普##这很科学#


郭哥聊科学


不作特别说明时,光速通常是指光(电磁波)在真空中的传播速度,即30万千米每秒。真空中的光速是物体运动速度的极限,任何有质量的物体都不可能达到光速。宇宙中没有静止质量的物体的速度都可以达到光速。


光速是目前已知的最大速度。根据相对论中的质增效应,物体的速度越接近光速时,其质量越大。从下列公式中可以看出,即使用上全宇宙的能量,也不可能把一个物体加速到光速。

光的速度并不是恒定的,在透明或者半透明的介质中,光速会降低。

光在不同介质中的传播速度是不一样的。比如光在空气中的传播速度就比在真空中的传播速度慢一点,虽然可以忽略,但差异仍是存在的。光在某种介质中的速度与真空中的光速之比,就是该介质的折射率。



经研究发现,光在经过水、玻璃等介质时,光速会下降,再次返回自由空间时,光速又会恢复正常。科学家曾通过特殊的介质,将光速降低至几十米每秒。

相对论中的光速不变原理

光速不变原理并不是随意假设的,而是求解麦克斯韦方程组得到的,并由迈克尔逊—莫雷实验所证实。



无论在何种参考系中观察,光在真空中的传播速度都是恒定的,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这就是光速不变原理。

光速与任何速度叠加,其速度仍然是光速。比如运动中的手电发出的光的速度仍然是光速,并不会因此产生超光速现象。



科学探索菌


光速不变其实是一个误解。到目前为止,所有验证光速不变的实验都是在地球环境中进行的,而且都是采用光源运动方式。严格来说目前只是证实了“光速与光源运动无关”,但还没有实验证明“光速是否与观测者运动无关”,只有二种方式下光速都不变,才是爱因斯坦所说的光速不变。而“光速与光源运动无关”的结论意义不大,声音在空气中传播时也是“声音传播速度与声源运动无关”,但无人由此提出声音速度不变的观点,内中奥妙看官自去理解。


冯清亮A


没有人知道光为什么能以3*10^8千米/秒传播,而这个速度是宇宙中最快的速度。


光子一出生就以这个速度跑。这个答案也许并不能使人信服,但事实如此。宇宙中的速度总要有一个王者,有一个上限。碰巧目前可见宇宙中我们发现最快的速度就是光速。爱因斯坦的狭义相对论中一切不可思议的效果都是由光速不变原理而倒出的。例如:尺缩效应、时间变慢效应。


我们的科学家只是发现了可观存在的事实规律,即光以光速传播。然后“拿来主义”用其作为公理来更深的了解宇宙的时空关系。关于光为什么会以光速传播就好像问我们为什么会出生在中国,而不是美国一样暂时无法回答。如果我们对宇宙其它96%的物质有很深一步的了解,也许会打破光速是最快的记录。

所以没人知道光速到底为什么是最快的,光子从诞生起就以这个速度跑。


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