分類: 為什么 常識詞典 編輯 : 常識 發(fā)布 : 11-08

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為什么真空中光的速度就一定是恒定的呢？18 個答案

答案 1：

首先，要理解這個問題，最重要的可能不是學(xué)識，而是心態(tài)．因?yàn)檫@是一個遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出日常生活經(jīng)驗(yàn)的物理定律，所以跟人的常識似乎相悖．也因此需要保持一個open mind來理解．實(shí)際上，人類長久以來是生活在一個低速的世界當(dāng)中，即使宇宙飛船的速度跟光速相比也是微不足道的．這樣一個遠(yuǎn)離正常經(jīng)驗(yàn)的事物，具有新的規(guī)律也就是不奇怪的了。就像其他幾條基本物理原理一樣，慣性系中的光速不變原理不是憑空想象也不是通過數(shù)學(xué)計算得到的，而是通過實(shí)驗(yàn)測量得到的。無數(shù)次的實(shí)際測量得到的光速都是完全相同的，無一例外，那么在人類認(rèn)識世界的的過程中，自然就歸納出了光速不變原理。與此類似的還有牛頓三定律，萬有引力定律等等。但光速不變原理的傳奇色彩在于在大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)之前，愛因斯坦就已經(jīng)把它作為基本假設(shè)之一提出了狹義相對論。如果之后的實(shí)驗(yàn)表明光速并非不變，相對論也就成了廢紙。當(dāng)然愛因斯坦的相對論也不是空中樓閣，前面劉斌的答案中就提到了麥克斯韋方程組和麥克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)很早已經(jīng)暗示了光速不變。這其中的歷史掌故也算是比較有趣的，可惜本人不是研究科學(xué)史的，對細(xì)節(jié)方面就一無所知了。講到這里，我希望帶給大家一個印象，就是光速不變和萬有引力的存在一樣，是自然規(guī)律，只不過人類很早就認(rèn)識到了后者，而很晚才認(rèn)識到前者。也就是說，光速不變是我們這個世界之所以如此運(yùn)轉(zhuǎn)的原因之一，而不是結(jié)果。以上是我針對此問題的答案，以下簡單聊聊非慣性系中的光的傳播。前面也已經(jīng)有人提到光速不變的前提是在慣性系中。在非慣性系中，光速并非不變的。廣義相對論認(rèn)為非慣性系與引力場是等價的。而引力場的存在，代表著空間的扭曲。打個簡單的比方，就好像文人們常用的折扇，打開時兩邊的距離差不多有一尺多，但你把它合上，扇面發(fā)生了扭曲，兩邊的距離就只剩下了一寸。如果一只螞蟻沿著扇面跑，它覺得跑了一尺路，但由于空間的扭曲其實(shí)只走了一寸而已。與此類似，光在扭曲空間中跑的速度與平直空間是不同的。這其中的變換可以通過專門的數(shù)學(xué)工具來計算。當(dāng)然這里就無法展開說了。希望我寫的這些能對大家有所幫助。如有錯漏，還望指正。

答案 2：

光速恒定，基于兩個層面：1，理論協(xié)變性的需要：電磁場在真空中傳播不依賴于媒介，其傳播速度也不依賴于參考系。換言之我們不可能通過觀測光速得知自己處于哪個優(yōu)越的參考系——因?yàn)樗袘T性參考系地位平等。2，狹義相對論的基礎(chǔ)：一個理論體系是否“正確”，其證實(shí)與證偽過程融合大量非客觀因素，這不僅是一個觀測技術(shù)問題，更是一個科學(xué)共同體的社會學(xué)問題。但是，一個理論至少在數(shù)學(xué)上必須自洽。狹義相對論的自洽基礎(chǔ)就是光速恒定。狹義相對論的偉大意義在于在物理上重新定義了傳統(tǒng)觀念中的“時空”。在這個理論中，“光速恒定”定義了時空，而不是反過來。

答案 3：

真空中的光速不變是光的本質(zhì)決定的。光速的本質(zhì)是電磁波波速。狹義相對論實(shí)現(xiàn)了電磁學(xué)與力學(xué)的統(tǒng)一。光速是聯(lián)系力學(xué)與電磁學(xué)的橋梁。這是宇宙的物理性質(zhì)，是物質(zhì)的運(yùn)動本質(zhì)。是我們觀察到現(xiàn)象，并由麥克斯韋理論證明的。這也是物理學(xué)對稱性的核心。1918年德國女?dāng)?shù)學(xué)家尼約特（A.E.Noet-er,1882-1935）發(fā)表了著名的將對稱性和守恒律聯(lián)系在一起的定理，即尼約特定律：從每一自然界的對稱性可得到一守恒律；反之，每一守恒律均揭示蘊(yùn)含其中的一種對稱性。而且實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)光速是個常量，與觀測者的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。通過光速不變，會導(dǎo)致推論出高速運(yùn)動的時間膨脹，和空間收縮，甚至E=MC2愛因斯坦甚至宣布世界的一切事物都是以光速在時空中運(yùn)動。這就是我們對時間的定義。高速運(yùn)動的系統(tǒng)里意味他在時間里的運(yùn)動比靜止系統(tǒng)的慢，因?yàn)樗跁r間里的運(yùn)動有些轉(zhuǎn)移到空間了，所以他的鐘會變慢。進(jìn)而推論假如系統(tǒng)在時間里的運(yùn)動完全轉(zhuǎn)移到空間來了，系統(tǒng)在空間的運(yùn)動速度就達(dá)到最大速度。進(jìn)而推論到以光速在空間運(yùn)動的系統(tǒng)，沒有一點(diǎn)在時間運(yùn)動，因此光子不會老，從大-出來的光子到今天依然一樣，在光速下，沒有時間的流逝。　“對于大于光速的速度，我們的討論就變得毫無疑義了；在以后的討論中，我們會發(fā)現(xiàn)，光速在我們的物理理論中扮演著無限大速度的角色?！薄　　坝纱?，當(dāng)υ=V時，W就變成無限大。正像我們以前的結(jié)果一樣，超光速的速度沒有存在的可能?！边@時需要引進(jìn)洛侖茲變對稱性，它的基本意思是這樣的，一個物理定律對不同的慣性系都有不變的形式結(jié)構(gòu)，同時在不同的慣性系看來光速是不變量。愛因斯坦用洛侖茲變換檢驗(yàn)和改造了牛頓力學(xué)，使之成為洛侖茲不變的力學(xué)理論——狹義相對論?！八^相對論，與其說是一種理論，不如說是對物理理論的一種很合理很基本很公理化的要求”，就是要求物理理論要滿足洛侖茲不變性。愛因斯坦對上帝思想的直覺判斷，他相信上帝的思想和美學(xué)極其簡單，它不過就是要求上帝的旨意不能因時因地因人而異，于是這個簡單得不能再簡單的要求演繹出特別費(fèi)解和深奧的理論。但再費(fèi)解的東西也必須能被理解，比如，光速是常量，如果一個奔跑的人（速度為V）向你拋來一個光速(c)的蘋果，按常理蘋果速度是V+c的話，那么會出現(xiàn)什么情況呢？你將先看到飛來的蘋果，后看到投擲的動作。狹義相對論與以前的物理學(xué)規(guī)律一樣，都只適用于慣性系。但事實(shí)上卻很難找到真正的慣性系，愛因斯坦有一個“愉快的思想旅程“，他發(fā)現(xiàn)在一個空間的人是區(qū)分不出他是以1G的加速度飛行，還是在地球上，這就是”等效原理“，---加速度和引力是等效的----這樣就可以用加速度來理解引力了。然后他發(fā)現(xiàn)了在加速度飛行飛船上的射出的光線是彎曲的，而光線總是按最近的距離傳遞，進(jìn)而推論引力會導(dǎo)致空間彎曲，“質(zhì)量導(dǎo)致時空彎曲，而彎曲的時空又決定物質(zhì)的運(yùn)動”“Matter decides times and space, time and space decides t-e movement of -tter”。這是廣義相對論的最簡單文字表述了，雖然數(shù)學(xué)上表述和求證相當(dāng)復(fù)雜。而且在量子力學(xué)里，時空的變化的相對，隨時因粒子位置不同而改變。 事實(shí)上他包含了及其深刻的對稱性，廣義坐標(biāo)不變性。不同的加速度時空體系，測得其他體系的速度是不同的，但在本體系中的物理定律不變。我舉個例子，一個以近似光速運(yùn)動的粒子，在地球人看壽命是8秒，此后衰變，而在粒子自身的時鐘里它自我感覺存活了2秒，在地球人看它奔跑了8倍光速的距離，在它自己看來，它只跑了2倍光速的距離。所以在洛侖茲變換下，同一個物理事件，用不同慣性系的時鐘所測量出的運(yùn)動距離、運(yùn)動時間都不相同，但是同一個事件在不同慣性系看來不僅能推導(dǎo)相同的物理定律，而且能測量出相同的光速。事實(shí)上對稱性的最終定義是變化中的不變性------宇宙中只有光是不變的，神說我就是光，光速在空間運(yùn)動的系統(tǒng)，沒有一點(diǎn)在時間運(yùn)動，所以沒有時間的流逝。，所以他說我是從永遠(yuǎn)到永遠(yuǎn)的，我就是當(dāng)下。所以人們在對稱性的執(zhí)著追求，乃是追求宇宙中的真理和創(chuàng)造者。

答案 4：

首先，任何的理論都是假設(shè)。其次，任何被實(shí)驗(yàn)證明的定律，只是尚未被證偽的假設(shè)。第三，任何基于推導(dǎo)的定理都是建立在假設(shè)上的假設(shè)。第四，光速不變性是狹義相對論基于的假設(shè)，主要是說光速不依賴于測量的坐標(biāo)系的選擇。沒有實(shí)驗(yàn)至今證偽，且狹義相對論用起來還不錯。所以大家就繼續(xù)假設(shè)它的適用性。最后，以上理論其實(shí)也是假設(shè)。

答案 5：

這個問題問的不是很清楚，所以分拆成兩個問題來回答：1、光速是不是在所有介質(zhì)里都是一樣的？答：不是，事實(shí)是大家平常說的光速是光在真空中的速度。在其他介質(zhì)的光速和真空中并不一樣：　光在水中的速度：2.25×10^8m/s 光在玻璃中的速度：2.0×10^8m/s 光在冰中的速度：2.30×10^8m/s 光在空氣中的速度：3.0×10^8m/s　光在酒精中的速度：2.2×10^8m/s（摘自-百科）2、我想這個問題想問的應(yīng)該是“光速不變原理”是怎么回事，首先來說一下什么是光速不變原理：光速不變原理是狹義相對論的兩個基礎(chǔ)公設(shè)之一，在狹義相對論中，指的是無論在何種慣性參照系中觀察，光在真空中的傳播速度相對于該觀測者都是一個常數(shù)，不隨光源和觀測者所在參考系的相對運(yùn)動而改變。這個數(shù)值是299,792,458 米/秒。（也就是說在真空中的一道光，你靜止的時候觀測他的速度是c，如果你在一個跟光反向運(yùn)動的汽車上觀測到的光速還是c）光速不變原理的證明：光速不變原理是由聯(lián)立求解麥克斯韋方程組得到的，并為邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。光速不變原理是愛因斯坦創(chuàng)立狹義相對論的基本出發(fā)點(diǎn)之一。在廣義相對論中，由于所謂慣性參照系不再存在，愛因斯坦引入了廣義相對性原理，即物理定律的形式在一切參考系都是不變的，這也使得光速不變原理可以應(yīng)用到所有參考系中。但是各種光速不變的實(shí)驗(yàn)都只能證明回路光速不變，從未能夠證明單向光速不變，甚至把單向光速視為不可觀測的量。因此光速不變原理至今還是一個有待證實(shí)的假說。（Via -）（以上這段我沒有理解，只是引用，望有高人能用通俗的語言解釋）

答案 6：

真空中的光速是恒定的。上面說了那么多，這其實(shí)一句話就可以解釋：我們的測量工具是什么？就是光。物理學(xué)中通常都是用量子工具來測量，而量子的移動速度就是光速(我們宇宙中最快的了)，所以根據(jù)相對論來說，測量工具和測量物是相對恒定的，那么結(jié)果也就是相對恒定的了。

答案 7：

我的理解：如果你認(rèn)為光速是可變的，也沒有錯，只要你能根據(jù)你對光速可變的假設(shè)，能夠合理解釋種種現(xiàn)象，比如：引力透鏡。

答案 8：

介質(zhì)中的光速降低本質(zhì)上是構(gòu)成介質(zhì)的原子吸收舊光子并釋放新光子的過程單個光子的速度并沒有降低

答案 9：

相對論里，光速是不變量，這樣就什么都好解釋。如果光速是可變量，那什么都不好解釋了，那相對論就..............。本人一向簡短，這次詳細(xì)一點(diǎn)補(bǔ)充一下：從問題看，應(yīng)該問的是與相對論有關(guān)的。1.科學(xué)理論往往是通過科學(xué)假說，經(jīng)過一系列的演繹、推導(dǎo)，產(chǎn)生結(jié)果或預(yù)測。如果其預(yù)測得到實(shí)驗(yàn)或觀測證實(shí)，那這一個理論的假設(shè)就應(yīng)該接受。2.相對論假設(shè)：a.物理定律在所有慣性系中都相同；b.在所有的慣性系中光速是一個常數(shù)；c.慣性質(zhì)量等于引力質(zhì)量（a.b.是狹義，c.是廣義），愛因斯坦以這幾個假設(shè)為前提，用微分幾何、張量運(yùn)算來推導(dǎo)、演譯相對論。近百年前，劍橋大學(xué)天文臺臺長的愛丁頓于1919年宣布了他的觀測結(jié)果，相對論的預(yù)測---光線在引力場的偏移得到證實(shí)。現(xiàn)在，已有比較多的實(shí)驗(yàn)證實(shí)相對論的正確。因而，我們就應(yīng)接受相對論的假設(shè)。3.從相對論到標(biāo)準(zhǔn)模型、超對稱理論，物理學(xué)家們不斷地求解作用量。愛因斯坦曾說尋找物理規(guī)律的過程就是尋找不變量的過程。在狹義相對論里，光速、靜質(zhì)量、固有時間、固有長度就是不變量。即在所有的慣性系中都是不變的。4.基于數(shù)學(xué)領(lǐng)域的哥德爾不完備性定理，在任何公理化形式系統(tǒng)中，總存留著在定義該系統(tǒng)的公理的基礎(chǔ)上既不能證明也不能證偽的問題。也就是說任何一個理論都有解決不了的問題。所以相對論也不能解決所有問題。再補(bǔ)充一點(diǎn)：研究之門（一個科研社交網(wǎng)站researc-gate.net）就有反相對論的群組，我也加入了這個群組，但本人是相對論的支持者。在美國，就連達(dá)爾文的進(jìn)化論都有很多人反對，這是比較正常的。

答案 10：

樓主換個說法好了，光速是速度，而速度是運(yùn)動距離除以時間，然而時間是一個“幻覺”，她只是用于描述物體變化（運(yùn)動）的過程，不管是怎么定義的時間，都是以物體運(yùn)動為基準(zhǔn)的，如行星的自轉(zhuǎn)，鐘擺的來回，晶體的振動，即使是我們?nèi)祟悓τ跁r間的感覺，依舊是基于生化反應(yīng)的進(jìn)行（人類是恒溫動物，溫度對時間感覺的影響沒那么大，但是烏龜、蛇、鱷魚等就會在氣溫不一樣時表現(xiàn)出不同的反應(yīng)速度）提到的相對論里邊，衡量時間一樣是用的物體運(yùn)動，一種叫做光鐘的東西，她基本上就是兩面互相平行的鏡子，讓一個光子在這兩面鏡子間來回反射，反射 1 次所用的時間可以定義為一個時間單位，反射 N 次所用的時間也許就定義為 1 秒。也就是說，你說的光速不變，另一種意思就是時間會受到運(yùn)動的影響。

答案 11：

光速不變是相對論的基本假設(shè)，有種解釋是物體速度達(dá)到某個程度時時間會變慢，因此相對而言光速始終不變，關(guān)于光速可以進(jìn)行時空旅行的說法也由此而來。

答案 12：

看了4位知友就此問題的解答，明白了一些，覺得似乎還有些不到位，哪位高手再講解一下，普及普及這方面的知識。謝了。

答案 13：

因?yàn)楣馑倬褪莻€概念，就像肉眼在不同參照物系統(tǒng)里能看到的的地平線，你看到它永遠(yuǎn)在那里，但是永遠(yuǎn)追不上;沒有質(zhì)量的物質(zhì)的最大速度極限就是光速，就像溫度也不是無限的，有絕對零度概念一樣;但是到不一定不存在超光速的物質(zhì)...

答案 14：

真空中的光速是恒定的，其他環(huán)境中不知道有沒有辦法改變。假設(shè)有個弱透光性的超長方柱，從一端截面射入光線，就是說不會完全反射的話，另一端又沒有光線射出，是不是說就是把光速降低了？科幻小說《三體》當(dāng)中就提到了將光速降低到太空逃逸速度以下，可以形成一個黒域么？不知道這個有多少科學(xué)根據(jù)，如果有的話是否有任何進(jìn)展。

答案 15：

凡是振動的傳播(水聲光等波)的速度都一定是恒定的！ 光在水中(恒定)的速度：2.25×10^8m/s 光在冰中(恒定)的速度：2.30×10^8m/s 光在玻璃中(恒定)的速度：2.0×10^8m/s 光在空氣中(恒定)的速度：3.0×10^8m/s 光在酒精中(恒定)的速度：2.2×10^8m/s

答案 16：

暈乎乎

答案 17：

我不相信光速是恒定的，這樣的話就失去很多樂趣了。

答案 18：

各位的回答好專業(yè)，學(xué)習(xí)了。

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