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1 # 宇宙譜
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2 # 文史哲科技李哥
光速不變的兩個含義:
1.在同種傳輸介質中,光速恆定不變。
2.不論光源如何運動,不論觀察者如何運動,觀察到的光速恆定不變。(區別於伽利略變換的速度疊加)
光速不變,既是理論推導的結果(麥克斯韋電磁方程組),也得到實驗的證明(最著名的是邁克爾遜-莫雷實驗)。
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3 # 科技袁人袁嵐峰
光速不變是一條非常深刻的原理,要理解這條原理的爆炸性後果,就首先需要明白,為什麼這會成為一個問題?
最初,人們並不知道光的傳播需要時間。
1607年,伽利略想到了這個可能性,第一次做實驗去測量光速。他的做法是:他和助手分別站在相距1.5公里的兩座山上,每人手拿一盞燈,外面套著燈罩。伽利略先開啟燈,當助手看到他的燈光時,立刻開啟自己的燈。從伽利略開啟燈到他看到助手那盞燈的燈光,這個間隔就是光傳播了3公里的時間。但這個實驗的結果,可想而知是讓這兩人一臉黑線。因為光的速度太快了,光傳播3公里所需的時間遠遠低於人反應的時間,所以實驗誤差大得連數量級都定不出來。
1676年,丹麥天文學家羅默注意到,木星的衛星不是以等時間間隔從木星背後出來,我們離木星越遠,則木星的月食出現得越晚。他認為,這是因為我們離木星更遠時,光從木星衛星要花更長的時間到達我們。羅默由此算出光速是22萬公里每秒,這雖然比現在公認的30萬公里每秒低了26%,但數量級是正確的,稱得上是一個偉大的發現。
羅默
好,你知道了光有一個有限的速度,那麼,它在不同的參照系裡,會不會取不同的值呢?
在牛頓力學中,答案是不言而喻的:當然會。
比如說你在汽車裡跑步,火車相對於地面以50米每秒的速度運動,你在同樣的方向上相對於火車以5米每秒的速度運動,那麼你相對於地面的速度就是55米每秒。人們對此已經習以為常了。
然而,麥克斯韋總結出電動力學的基本方程後,問題就出現了。大家發現,電磁波的速度總是光速,由此推測出光就是電磁波。但是,光是相對於哪個參照系取這個速度呢?
當時的標準理論認為,宇宙中瀰漫著一種神奇的物質,叫做“以太”,它是絕對靜止的。如同水是水波的傳播介質一樣,以太就是電磁波的傳播介質。
如果確實是這樣的話,光速就是光相對於以太的速度。那麼,由於地球在運動,在地球的不同方向上,例如經線和緯線的方向,光速就應該不同。
1887年,邁克爾孫和莫雷做了這樣的實驗,測量光速在地球不同方向上的差值。他們原本以為能夠測出這個差值,沒想到結果卻是:完全沒有差值!結論只能是:光速在任何方向上、任何參照系裡,都是相同的!
這個實驗震驚了世界,引發了一場革命,就是狹義相對論。人們完全丟棄了以太和牛頓力學的絕對時空觀,改為把光速不變作為基本原理。
從這個原理出發,能夠得到許多驚人的結論,例如質能關係E = m c^2,以及鐘慢效應、尺縮效應。核武器就是根據這個原理造出來的,你說這條原理有多厲害!
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4 # 沈大哥
謝謝邀請,只要學過中物理的同學都知道物體是否運動和運動物理量的計算都是相對於一個靜止不動的參照系而言。牛頓力學,麥克斯韋電磁學都是建立在“參照物靜止(或作勻速運動)”這個假定條件之下的。為測定光速和解釋光的傳播,科學家假定了傳播光的介質“以太”是各相同性的靜止地充滿整個空間(包括真空中)。光速是相對於以太的速度。以太可以傳播電磁波,光波,引力波。如果我們作一個測量光速的實驗,讓實驗裝置逆著光傳播的方向運動,則測量光速相對於以太的速度應較小(測量值為:光速減裝置的運動速度),順著光傳播的方向運動測量裝置,則測量的光速應較大
(測量值為:光速加裝置的運動速度)。但是邁克爾遜—莫雷實驗利用地球的自轉速度在不同方向上去測光的速度,結果讓人大跌眼鏡,得出的結果是光在各個方向上的速度是一樣的。既然光速不光,作為參照物的以太也就沒有參照物的價值了。光也是一種電磁波,麥克斯韋預言的電磁波的播只與變化的電磁場有關,與以太無關,這就使以太說徹底退出了物理學。愛因斯坦相對論也在“光速不變”的實驗基礎上誕生了。 -
5 # 格斯巴金
沒有光速不變原理,只有光速不變假設。
在真空中,光速可變已經被證明,如雷達回波實驗,雷達訊號經過太陽附近,傳輸時間明顯要長。
如果假設光速不變,那麼就只能認為距離變長了。
所以說,只有光速不變假設。
遺憾的是,我們的教科書在灌輸錯誤的理念,誤人子弟。
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6 # zxc9224
我來講吧,他們講的你聽不懂,或者沒講到點上。
光是波,所以跟空氣一樣,在介質中傳播速度是不會變的。於是有人做了一個實驗,叫MM實驗,我把他放到空氣裡來講,會很簡單。
你在一個巨大的航母上向右行駛。你在航母尾巴上,然後大喊了一聲,聲音向上傳播,上面五十米有個板子反彈了聲音,同樣航母甲板上在你前面五十米處也有一個板子反彈了你的聲音。相對於你,聲音向上傳播是340的速度(其實精確一點不是這個速度,因為有個斜向分量),向前的速度是340-航母形式的速度,然後反彈回來是340+航母的速度,於是你很容易可以得到返回的時間點是不一樣的。但是實驗結果,發現兩邊聲音同時返回,無論怎麼改進實驗都是,於是科學家們就認為光速相對於參考系是常量。注意,透過這個實驗,科學家這麼認定了。這其實是一個猜測,或者說解釋,因為沒有其他更合理的解釋,儘管這個解釋看起來也非常不合理。但是後面做了其他方面的很多補充,讓這個解釋沒有了矛盾,至少數學上沒矛盾,非常自洽,還解決了很多其他的問題,預言了很多其他的現象,於是就被人們認同了。
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7 # 王歡充
光速不變是與光源運動速度和觀察者運動速度無關,互換參考系,就是光速與光源運動速度無關。這個結論是建立在mm實驗基礎上由愛因斯坦得出的。深刻原理能在發現暗物質後得到解決,即光子傳播也是量子化的,單位時間與最近的暗物質量子發生作用且量子數相等,這些量子在空間如果均勻分佈,單位時間傳播距離相等,如果不均勻,會發生光線彎曲,傳播距離跟著有影響。除了在引力場周圍,這種量子分佈是均勻的,所以光速不變。
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8 # 笑看風起雲湧花謝花開
光速不變是說光在宇宙之中傳播瞬時速度永遠不會改變,無論的軌跡多麼曲折。而且這個速度是宇宙中最大速度,其他(有質量的)物質運動速度都小於它。光速瞬時速度,不因參考系的選取而變,也不因觀察者運動與否而變,光速也不與其他物質運動速度疊加。
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9 # 廣州康一豐律師
真空光速不變的本質是同一介質中波速不變原理,與聲波波速在確定壓強、體積、密度的氣體中速度不變是一樣的。量子電動力學指出真空不空,真空存在狄拉克負電子海洋,虛光子是電磁場作用的傳遞介質,光是電磁波,本質也是交變電磁場輻射傳遞能量,傳播也是需要介質波,與聲音傳播是一樣的。真空光速也不是不變的,用麥克斯偉方程組推匯出的光速與真空介電常數有關,真空的性質又與精細結構常數有關,現有實驗證明不同時空條件的精細結構常數是有細微變化的,已檢測到約三十萬分之一的變化,所以宇宙不同區域、不同歷史時期的空間性質是不同的,真空光速也是不一樣的。
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10 # 嗯嗯大懶貓
光速的定義是光子在真空中傳播的速度。但從根本上來說,光速是由我們所處的時空本身的性質所決定,即在我們所處的時空之中,資訊及能量傳輸速度的極限。這個極限的速度就是常數c。
因為我們的空間是在任何方向上都是平等的,所以這個c是常量,也因為如此,所以光波、電磁波、引力波等等靜止質量為0的能量,都是以光速在宇宙中傳播。
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光速不變且無需加速就達到光速,原理與聲波水波相同,聲波波速依靠大氣壓強,水波波速因重力壓強,它們都無需加速就直接產生相應速度,光速也是同樣理由,太陽光速由太陽系自旋產生的自旋收縮壓強塊定。