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事实揭露 揭密真相
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光速

中文名称:光速

外文名称:Lightspeed

速        度: 299792.458 km/s

别        名: 电磁波

特        点 :是速度的上限

光速( speed of light ),是指光波电磁波真空或介质中的传播速度。真空中的光速是目前所发现的自然界物体运动的最大速度。

物体的质量将随着速度的增大而增大,当物体的速度接近光速时,它的质量将趋于无穷大,所以有质量的物体达到光速是不可能的。只有静止质量为零的光介质子,才始终以光速运动着。光速与任何速度叠加,得到的仍然是光速[1]

真空中的速率,是一个物理常数,一般记作Template:Math,精确值为299,792,458m/s(有时会取为3.00×108 m/s)。这一数值之所以是精确值,是因为的定义本身就是基于光速和国际时间标准的,任何对光速更精确的测定,都不会改变光速的精确值,但会使得人们对一米和一秒的定义更为精确。

数值、记法及单位

真空中的光速通常以小写c表示,即英文中“constant”(恒等、常数)或拉丁文“celeritās[[Category:含有Template:ISO 639 name la的条目]]”(迅捷)的首字母。最初,人们曾以詹姆斯·克拉克·马克士威于1865年使用的符号V表示光速。1856年,威廉·爱德华·韦伯鲁道夫·科尔劳施曾使用c代表另一个常数。该常数后来被证明为光速的<math>\sqrt{2}</math>倍。1894年,保罗·德汝德重新将c定义为光速。阿尔伯特·爱因斯坦在1905年发表有关狭义相对论的最早德文论文中使用了V,但在1907年便转用当时已通用的符号c。这种使用下标的记法受SI官方出版物认可,且与其它相关常数的记法相符,包括真空磁导率μ0真空电容率ε0(又称电常数)以及自由空间阻抗Z0。本条目以c代表真空中的光速。

自1983年起,国际单位制SI)将米定义为1299,792,458秒内光在真空中所运行的距离。因此,光速的精确值等于299,792,458 m/s。光速是一个具有量纲的物理常数,因此c的数值取决于所用的单位制[2]。在相对论等经常用到c的物理学范畴中,不少文献会使用自然单位制几何化单位制。在这些单位制中,c = 1。这样,公式和计算当中就不会出现c,因为乘以或者除以1并不会对结果有任何的影响。

在物理学中的基础地位

科学家发现超光速粒子 爱因斯坦相对论遭质疑原图链接来自腾讯网 的图片

光在真空中的传播速度独立于波源的运动及观测者的惯性参考系。1865年,詹姆斯·克拉克·马克士威提出光是一种电磁波,因此必须以他的电磁理论中所出现的速度Template:Math传播。在麦克斯韦电磁理论的推进下,再加上无法证明以太的存在,爱因斯坦于1905年首次提出“光速不变”这一公式。他从这一点推导出狭义相对论,并证明常数Template:Math在光和电磁波的范畴以外也有举足轻重的地位。但是实验只能验证“双向光速”(如:从光源至一面镜子,再回到光源)是独立于参考系的,但若要测量“单向光速”(如:从光源至某个遥远的探测器),就必须先设定光源和探测器时钟之间的同步化规则。如果选用爱因斯坦同步化规则,单向光速就会按照定义等同于双向光速。狭义相对论就是基于光速不变原理所得出的理论。它的另一个公设为:所有惯性参考系都拥有相同的物理定律。其中一项结果,就是所有无质量粒子和相对应的波在真空中都以这一速度c运行和传播,这也包括光波。

狭义相对论有着不少有悖常理,却有实验证明的结果,例如质能等价E = mc2长度收缩(运动中的物体长度会缩小)和时间膨胀(运动中的时钟走得更慢)等。长度缩减及时间加长的比率γ称为劳仑兹因子,其定义为γ = (1 − v2/c2)−1/2,其中v是物体的运动速度。在速度vc小很多的情况下(包括大部份日常所见的慢速运动),γ很接近1。这时狭义相对论就可以近似为经典力学中的伽利略相对性。然而在v非常接近c时,γ趋向无限大,相对论性现象也就会呈现出来了。

要表述狭义相对论的各项结果,可以把时间和空间视为一种综合的结构,即所谓的时空。狭义相对论还要求,所有物理理论均须遵守一种称为劳仑兹协变性的特殊对称性条件。无论是要结合时间和空间,还是要表达这种对称性,在数学公式中都需要c这一常数。劳仑兹协变性已几乎成了现今物理理论的必需假设,这些现代理论包括量子电动力学量子色动力学粒子物理学标准模型广义相对论等。故此,c已成为现代物理学中无处不在的常数,出现在许多与光不相关的领域中。例如,广义相对论预测,c也是引力波的传播速度。在非惯性参考系中(如受引力扭曲的时空和加速参考系等),“局部”光速是不变的并且等于c,但在有限长度内光的运行速度不一定等于c,且要视乎该参考系中距离和时间的具体定义。

人们一般假设,诸如c等基础常数在整个时空中都具有相同的数值,亦即它不会随地点或时间而变动。(这种“不变性”不同于上文所述的各惯性参考系之间的光速不变性。)不过,有各种理论提倡,光速会随时间改变[3]。目前尚未有确切证据证明光速可变,但对此的研究仍在继续发展。

人们同样假设光速具有各向同性,也就是独立于测量的方向。科学家在不同方向的磁场内对原子核的核能级发射光谱进行测量(对钟实验),又对旋转光共振器进行观测(见迈克生-莫立实验),所得结果已对光速的各向异性设下了非常严格的上限。

实验论证

2011年9月,欧洲研究人员发现了一个无法解释的现象——比光速快60纳秒的中微子。一旦被证实,将颠覆支撑现代物理学的相对论。而2012年03月03日最新消息称,经过数月的反复检查,欧洲核子中心日前宣布,卫星定位系统同步接收器可能存在“调校”问题,并高估了中微子运行时间,而把卫星定位系统信号传送到原子时钟的光缆可能出现连接“松动”并导致低估了粒子包飞行时间。最新一期隶属美国科学促进会的《科学》杂志也刊文指出,连接原子钟的光缆出现松动,可能导致计算中微子运行时间的原子钟产生了错误结果。

欧洲核子中心已得到证实,该实验结论是实验电缆出错造成的,并没有颠覆相对论[4]

降低光速

光速不变原理被打破,科学家成功降低光速!原图链接来自学科学网 的图片

降低真空光速或颠覆爱因斯坦理论

根据爱因斯坦的相对论,在任何参照系中,光在真空中的传播速度都是一个常数。但是科学家最近却成功让光在自由空间(free space,完美真空)中的速度降了下来。

英国格拉斯哥大学赫瑞瓦特大学的研究人员进行了一项实验。在实验中,科学家安装了一个特殊“隔层”,单个光子在通过这一装置时,形态会发生改变,而且速度出现了下降。

奇妙的是,在通过这一特殊“隔层”之后,即便重新回到自由空间,光子仍会以较低的速度前行。这一实验说明,光的构造可能比人类知道的更为复杂。

根据爱因斯坦的理论,光在自由空间中的速度约合每秒30万公里。在经过水、玻璃等介质时,光速会出现下降,但只要再次返回自由空间,光速就会回归正常。

研究人员称,“降低光速”的方法可以被用于更多的物理学实验中,人类或能解开更多的自然界之谜。

光速发生变化后,人类社会将会发生什么变化?

国际单位制中,长度的基本单位为米(m),质量的基本单位为千克(kg),米和千克的定义如下:

1m定义为“1/299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度”。

1kg定义为“1000立方厘米的纯水在4℃时的质量”

光速是国际单位制中确定的基本单位和导出单位的计量基础,假设有一天,光速发生了变化,变为现在速度的1/2,会发生什么事情?

1.长度计量单位(m)发生了变化

光速降至原来的一半时,长度单位也降至原来的一半。

110m栏的记录被轻易的刷新了,刘翔泪流满面了。

出租车换新的计价器了,计程器跑的飞快,可价格还未调整,的哥乐开花了。

2.面积计量单位(m2)发生了变化

光速降至原来的一半时,面积单位也降至原来的1/4。

中华人民共和国的面积多出了960万平方千米。

北京人一夜醒来,发现房价降到万元以下了。

3.体积和容积的计量单位(m3)发生了变化

光速降至原来的一半时,体积和容积的计量单位降至原来的1/8。

于是,千克也变成了原来的八分之一,所有人一夜醒来发现自己凭空胖了8倍[5]

视频

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参考文献

  1. 果壳里的宇宙,光锥之外的霍金 ,搜狐,平原公子,2018-03-14
  2. 光速,刘叔物理
  3. 爱因斯坦理论面临崩塌!光速会变:有证据,快科技,2016-11-29
  4. 欧洲核子中心:“中微子超光速”有误差,中国教育和科研计算机网,2012-03-05
  5. 当光速发生变化后,世界将会发生什么变化? ,搜狐,2016-05-19