为何光速不变?30万千米每秒的速度,背后的真相更颠覆认知

前沿科学吖 2024-03-21 03:12:00

光速是指光波(电磁波)在真空或介质中的传播速度。

一、光速基本情况

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。它与观测者相对于光源的运动速度无关,即相对于光源静止和运动的惯性系统中测到的光速是相同的。物体的质量还跟它运动的速度有关,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。速度的合成不遵从经典力学的法则,而遵从相对论的速度合成法则。

一、光传播的研究历史

19世纪90年代洛伦兹提出电子的概念。他将物质的电磁性质归之为物质中同原子相关的电子的效应,至于物质中的以太则同真空中以太在密度和弹性方面并无区别。他还假定,以太是静止的,不参与任何运动。但是,由于物体中的电子随物体运动时,不仅要受到电场的作用力,还要受到磁场的作用力以及物体运动时其中将出现电介质运动电流,运动物质中的电磁波速度与静止物质中的并不相同。在考虑了上述效应后,他同样推出了菲涅耳关于运动物质中的光速公式。而菲涅耳理论所遇到的困难,现已不存在。洛伦兹根据束缚电子的强迫振动并推出折射率随频率的变化。洛伦兹的上述理论被称为电子论,它获得了很大成功 。这样,在19世纪结束之前,所有的物理似乎都可以简化为以太的物理 。

以太的假设事实上代表了传统的观点: 电磁波的传播需要一个“绝对静止”的参考系,当参考系改变,光速也改变。这个“绝对静止系”就是“以太系”。其他惯性系的观察者所测量到的光速,应该是“以太系”的光速,与这个观察者在“以太系”上的速度之矢量和。

按照当时的猜想,以太无所不在,没有质量,绝对静止。以太充满整个宇宙,电磁波可在其中传播。假设太阳静止在以太系中,由于地球在围绕太阳公转,相对于以太具有一个速度v,因此如果在地球上测量光速,在不同的方向上测得的数值应该是不同的,最大为 c + v,最小为 c-v。如果太阳在以太系上不是静止的,地球上测量不同方向的光速,也应该有所不同。

19世纪中期曾进行了一些实验以求显示地球相对以太参考系运动所引起的效应,并由此测定地球相对以太参考系的速度v,但都得出否定的结果 。

二、光的本质

光的本质,一直争论了几个世纪,从牛顿的微粒说,惠更斯的波动说,两派战斗了几百年,中间更有胜负;到了19世纪,菲涅尔,托马斯杨等验证了光的干涉,衍射等性质,波动说占了上风,随着麦克斯韦的电磁波理论出现,人们理解了光是一种电磁波。

1905年,爱因斯坦提出了光量子理论,并以此解释了困扰人们多年的光电效应现象,在光电效应里,光的粒子性得到了验证,光是携带能量为E=hv的微粒,和金属中的电子发生作用,把能量全部转移给电子。 爱因斯坦后来指出,光是波粒二象性,在转移能量时会表现出来粒子的性质,而在它的传播过程中体现的是波动性。

四、对光速新的假设

光速是宇宙的极限速度,这就让人类飞行器无法实现超光速飞行,那么,光速就限制了速度的最高极限值,在背后到底隐藏着什么?就像有一只无形的人在掌控着这一切,让你无法逃脱它制定的规则,那么这背后到底是什么呢?

例子一:我们来举一个例子,假如有两个人,一个人在水里,一个人在陆地上,两个人同时赛跑,看谁在规定的时间内跑得更远,这个无疑是陆地上的那个,是什么原因造成,想必我们大家都知道是怎么回事?

例子二:用同样的一束光,在水里的传播速度总比在空气里传播的速度要慢,这是为什么呢?因为水对光的传播有阻碍作用。

例子三:假设有一个声源,它通过水的传播速度比在空气里的传播速度还快,原因是水的密码比空气大,导致分子间传播振动更强烈。

通过以上的三个简单例子,大家发现什么了吗?

有以下三点结论:

第一,不同组成物质内的传播速度不同。

第二,不同传播体在同一种物质中的传播速度不相同。

第三,同一传播体在相同的物质中传播速度相同。

新的假设和扩展:

假设宇宙是多重的,不同宇宙光的传播速度不同,不同宇宙由一种不同的布满整个宇宙的基础物质构成,就比如水和空气,如果我们生在水里,在水里测得光速是一个恒定值,但是我们并不是水外面还有空气,在空气里面光的传播速度也是另外一个恒定值;因此,在水里面的我们认为全宇宙光的传播速度就是一个恒定值,最后得出相应的物理规律和定律。那么光的水的传播你不管从哪个方向发出去,不管你是相对它运动还是背离它运动,最终测得的速度均是一个恒定值。

因此我们可以得出一个假设后的结论,同一宇宙,光速不变,不同宇宙,光速不同,且不同宇宙不同物理定律,其定律只适用于所处宇宙范围。

关于这个假设大家有什么看法呢?欢迎在评论区留言讨论!

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