人类是如何测量光速的


人类是如何测量光速的


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人类是如何测量光速的


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人类是如何测量光速的


光速 , 是我们最熟悉的速度 。如果要让一个人去描述 , 他会说:“我有一种神奇的力量 , 能够将光变成速度极快的光 。 ” 如果再问他 , 在不借助任何外力的情况下 , 光速是如何测量出来的? 相信很多人都会不假思索地回答:“我可以用自己身体进行测量 , 这速度肯定是超过光速了!” 可实际上 , 这种说法并不正确 。

要想正确地理解光速 , 我们需要先了解 , 什么是光速 。对于光的传播速度 , 最简单易懂的理解就是 , 一个物体的运动速度越快 , 它在空间中所处轨迹附近的时间就越短 。而我们知道 , 任何一种物体的运动规律 , 都可以用三个字来概括:动量、势能、动能 。所谓动量和势热是指: 在我们研究“光”和“波”这两个概念时; 我们都知道这两者之间存在着非常紧密的联系: 当光速和速度不变时 , 光速越快、能量也越大/动能越小; 反之则相反 。那么在这种情况下 , 光速和速度就变成了一个非常重要又非常复杂的问题 。那么光速是否就是不能超越了呢?当然并不是! 事实上我们都知道 , 任何物体或者是系统在运动时所表现出的运动状态必然是“动能”与“势能”共同作用结果 。那么此时如果我们去测量光速度的话 , 光必定会向某个方向传播(也就说会被压缩) 。可实际上在宇宙中 , 光速并不是唯一能够测量的结果 。因为光还可以由其它物理规律来决定! 所以这里我们再提一下其他一些不太常见的概念:光速极限、量子纠缠等等 。 这些都不是我们能够直接测量出来、也不能简单理解为我们能够超越 。


那么 , 我们能不能通过人为制造的方法 , 来超越光速呢? 答案是否定的 , 因为任何试图超越光速的努力 , 都是徒劳的 。首先 , 光速这个概念本身就是错误的 , 它根本没有“极限”这一说法 。在爱因斯坦看来 , 除了人类能够观察到光速之外 , 一切其他物体都不可能达到光速 。因为所有事物在运动的时候都会有“速度极限”(即不受任何外力作用) 。也就是说 , 如果有人想要超越光速的话 , 那么他只能将自己变成一个“不受任何外力影响”的世界 。


早在1915年 , 爱因斯坦就提出了“光速”的概念 , 并且成功地测量了光线的传播速度 。我们现在使用的“光”这个概念 , 其实并不是狭义相对论中的“光” , 而是广义相对论中提出的一个概念 。在狭义相对论中 , 我们使用的是“光速不变原理”:任何光源都以同样大小和相同亮度的光照射物体时 , 物体产生出同样大小和相同亮度的光波(电磁波) 。因为光线具有传播速度 , 所以它就被认为可以达到这个速度 。简单来说吧:如果一个物体在运动时有无限大的运动速度 , 那么这个物体所产生的光只能以这样一个速度传播;当这个物体不运动了之后 , 它就失去了运动速度 。也就是说:如果你能使所有光都以同样大小和相同亮度发出的话 , 你所能得到的光将是无限大和无限快 。


那么 , 我们到底能不能测量出光速呢? 在物理学中 , 有一种说法:光通过物质的传播速度 , 要比光速快得多 。也就是说 , 我们可以用电磁波来测量光的传播速度 。那么 , 这一说法究竟对不对呢? 事实上 , 只要你能找到一个物体(如黑洞) , 并让它的波前通过电磁波传输出去 , 那么就可以测出它的传播速度 。因此 , 通过测量光速的方式来测量光速也是可行的 。
虽然目前人类的最快速度只有每秒11.6千米 , 但这还远远达不到光速 。要知道 , 如果我们将所有物体都加速到光速 , 那么这个世界将会瞬间毁灭! 所以 , 即便我们能把自己变成一个“不受任何外力影响”的世界 , 那么最终结果也只能是:我们只能成为一个“不受任何外力影响”的物种 。不过虽然如此 , 人类还是要为未来探索宇宙做准备 。毕竟 , 如果人类想要超越光速的话 , 就必须要进行一场“加速竞赛”!


那么 , 人类可以超越光速吗? 事实上在我们生活中 , 无论是我们自己去观测光速 , 还是用我们自己的身体去测量光速 , 其结果都是一致的 。而要想测量出光速 , 那必须要有一个前提 。那就是宇宙中存在着一个“量子真空态”!

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