光速

光速

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中文名稱：光速 外文名稱：Lightspeed 速        度： 299792.458 km/s 別        名： 電磁波 特        點 ：是速度的上限

光速( speed of light )，是指光波或電磁波在真空或介質中的傳播速度。真空中的光速是目前所發現的自然界物體運動的最大速度。

物體的質量將隨着速度的增大而增大，當物體的速度接近光速時，它的質量將趨於無窮大，所以有質量的物體達到光速是不可能的。只有靜止質量為零的光介質子，才始終以光速運動着。光速與任何速度疊加，得到的仍然是光速。

光在真空中的速率，是一個物理常數，一般記作Template:Math，精確值為299,792,458m/s（有時會取為3.00×10⁸ m/s）。這一數值之所以是精確值，是因為米的定義本身就是基於光速和國際時間標準的，任何對光速更精確的測定，都不會改變光速的精確值，但會使得人們對一米和一秒的定義更為精確。

目錄

數值、記法及單位

真空中的光速通常以小寫c表示，即英文中「constant」（恆等、常數）或拉丁文「celeritās[[Category:含有Template:ISO 639 name la的條目]]」（迅捷）的首字母。最初，人們曾以詹姆斯·克拉克·馬克士威於1865年使用的符號V表示光速。1856年，威廉·愛德華·韋伯和魯道夫·科爾勞施曾使用c代表另一個常數。該常數後來被證明為光速的<math>\sqrt{2}</math>倍。1894年，保羅·德汝德重新將c定義為光速。阿爾伯特·愛因斯坦在1905年發表有關狹義相對論的最早德文論文中使用了V，但在1907年便轉用當時已通用的符號c。這種使用下標的記法受SI官方出版物認可，且與其它相關常數的記法相符，包括真空磁導率μ₀、真空電容率ε₀（又稱電常數）以及自由空間阻抗Z₀。本條目以c代表真空中的光速。

自1983年起，國際單位制（SI）將米定義為¹⁄_299,792,458秒內光在真空中所運行的距離。因此，光速的精確值等於299,792,458 m/s。光速是一個具有量綱的物理常數，因此c的數值取決於所用的單位制。在相對論等經常用到c的物理學範疇中，不少文獻會使用自然單位制或幾何化單位制。在這些單位制中，c = 1。這樣，公式和計算當中就不會出現c，因為乘以或者除以1並不會對結果有任何的影響。

在物理學中的基礎地位

科學家發現超光速粒子 愛因斯坦相對論遭質疑原圖鏈接來自騰訊網 的圖片

光在真空中的傳播速度獨立于波源的運動及觀測者的慣性參考系。1865年，詹姆斯·克拉克·馬克士威提出光是一種電磁波，因此必須以他的電磁理論中所出現的速度Template:Math傳播。在麥克斯韋電磁理論的推進下，再加上無法證明以太的存在，愛因斯坦於1905年首次提出「光速不變」這一公式。他從這一點推導出狹義相對論，並證明常數Template:Math在光和電磁波的範疇以外也有舉足輕重的地位。但是實驗只能驗證「雙向光速」（如：從光源至一面鏡子，再回到光源）是獨立於參考系的，但若要測量「單向光速」（如：從光源至某個遙遠的探測器），就必須先設定光源和探測器時鐘之間的同步化規則。如果選用愛因斯坦同步化規則，單向光速就會按照定義等同於雙向光速。狹義相對論就是基於光速不變原理所得出的理論。它的另一個公設為：所有慣性參考系都擁有相同的物理定律。其中一項結果，就是所有無質量粒子和相對應的波在真空中都以這一速度c運行和傳播，這也包括光波。

狹義相對論有着不少有悖常理，卻有實驗證明的結果，例如質能等價（E = mc²）、長度收縮（運動中的物體長度會縮小）和時間膨脹（運動中的時鐘走得更慢）等。長度縮減及時間加長的比率γ稱為勞侖茲因子，其定義為γ = (1 − v²/c²)^−1/2，其中v是物體的運動速度。在速度v比c小很多的情況下（包括大部份日常所見的慢速運動），γ很接近1。這時狹義相對論就可以近似為經典力學中的伽利略相對性。然而在v非常接近c時，γ趨向無限大，相對論性現象也就會呈現出來了。

要表述狹義相對論的各項結果，可以把時間和空間視為一種綜合的結構，即所謂的時空。狹義相對論還要求，所有物理理論均須遵守一種稱為勞侖茲協變性的特殊對稱性條件。無論是要結合時間和空間，還是要表達這種對稱性，在數學公式中都需要c這一常數。勞侖茲協變性已幾乎成了現今物理理論的必需假設，這些現代理論包括量子電動力學、量子色動力學、粒子物理學標準模型及廣義相對論等。故此，c已成為現代物理學中無處不在的常數，出現在許多與光不相關的領域中。例如，廣義相對論預測，c也是引力波的傳播速度。在非慣性參考系中（如受引力扭曲的時空和加速參考系等），「局部」光速是不變的並且等於c，但在有限長度內光的運行速度不一定等於c，且要視乎該參考系中距離和時間的具體定義。

人們一般假設，諸如c等基礎常數在整個時空中都具有相同的數值，亦即它不會隨地點或時間而變動。（這種「不變性」不同於上文所述的各慣性參考系之間的光速不變性。）不過，有各種理論提倡，光速會隨時間改變。目前尚未有確切證據證明光速可變，但對此的研究仍在繼續發展。

人們同樣假設光速具有各向同性，也就是獨立於測量的方向。科學家在不同方向的磁場內對原子核的核能級發射光譜進行測量（對鍾實驗），又對旋轉光共振器進行觀測（見邁克生－莫立實驗），所得結果已對光速的各向異性設下了非常嚴格的上限。

實驗論證

2011年9月，歐洲研究人員發現了一個無法解釋的現象——比光速快60納秒的中微子。一旦被證實，將顛覆支撐現代物理學的相對論。而2012年03月03日最新消息稱，經過數月的反覆檢查，歐洲核子中心日前宣布，衛星定位系統同步接收器可能存在「調校」問題，並高估了中微子運行時間，而把衛星定位系統信號傳送到原子時鐘的光纜可能出現連接「鬆動」並導致低估了粒子包飛行時間。最新一期隸屬美國科學促進會的《科學》雜誌也刊文指出，連接原子鐘的光纜出現鬆動，可能導致計算中微子運行時間的原子鐘產生了錯誤結果。

歐洲核子中心已得到證實，該實驗結論是實驗電纜出錯造成的，並沒有顛覆相對論。

降低光速

光速不變原理被打破,科學家成功降低光速!原圖鏈接來自學科學網 的圖片

降低真空光速或顛覆愛因斯坦理論

根據愛因斯坦的相對論，在任何參照系中，光在真空中的傳播速度都是一個常數。但是科學家最近卻成功讓光在自由空間（free space，完美真空）中的速度降了下來。

英國格拉斯哥大學和赫瑞瓦特大學的研究人員進行了一項實驗。在實驗中，科學家安裝了一個特殊「隔層」，單個光子在通過這一裝置時，形態會發生改變，而且速度出現了下降。

奇妙的是，在通過這一特殊「隔層」之後，即便重新回到自由空間，光子仍會以較低的速度前行。這一實驗說明，光的構造可能比人類知道的更為複雜。

根據愛因斯坦的理論，光在自由空間中的速度約合每秒30萬公里。在經過水、玻璃等介質時，光速會出現下降，但只要再次返回自由空間，光速就會回歸正常。

研究人員稱，「降低光速」的方法可以被用於更多的物理學實驗中，人類或能解開更多的自然界之謎。

光速發生變化後，人類社會將會發生什麼變化？

國際單位制中，長度的基本單位為米（m），質量的基本單位為千克（kg），米和千克的定義如下：

1m定義為「1/299792458秒的時間間隔內光在真空中行程的長度」。

1kg定義為「1000立方厘米的純水在4℃時的質量」

光速是國際單位制中確定的基本單位和導出單位的計量基礎，假設有一天，光速發生了變化，變為現在速度的1/2，會發生什麼事情？

1.長度計量單位（m）發生了變化

光速降至原來的一半時，長度單位也降至原來的一半。

110m欄的記錄被輕易的刷新了，劉翔淚流滿面了。

出租車換新的計價器了，計程器跑的飛快，可價格還未調整，的哥樂開花了。

2.面積計量單位（m2）發生了變化

光速降至原來的一半時，面積單位也降至原來的1/4。

中華人民共和國的面積多出了960萬平方千米。

北京人一夜醒來，發現房價降到萬元以下了。

3.體積和容積的計量單位（m3）發生了變化

光速降至原來的一半時，體積和容積的計量單位降至原來的1/8。

於是，千克也變成了原來的八分之一，所有人一夜醒來發現自己憑空胖了8倍。

視頻

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