分類: 知識 常識詞典 編輯 : 常識 發布 : 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識，而是心態．因為這是一個遠遠超出日常生活經驗的物理定律，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．實際上，人類長久以來是生活在一個低速的世界當中，即使宇宙飛船的速度跟光速相比也是微不足道的．這樣一個遠離正常經驗的事物，具有新的規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學計算得到的，而是通過實驗測量得到的。無數次的實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驗數據出現之前，愛因斯坦就已經把它作為基本假設之一提出了狹義相對論。如果之后的實驗表明光速并非不變，相對論也就成了廢紙。當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驗很早已經暗示了光速不變。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史的，對細節方面就一無所知了。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，是自然規律，只不過人類很早就認識到了后者，而很晚才認識到前者。也就是說，光速不變是我們這個世界之所以如此運轉的原因之一，而不是結果。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學工具來計算。當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越的參考系——因為所有慣性參考系地位平等。2，狹義相對論的基礎：一個理論體系是否“正確”，其證實與證偽過程融合大量非客觀因素，這不僅是一個觀測技術問題，更是一個科學共同體的社會學問題。但是，一個理論至少在數學上必須自洽。狹義相對論的自洽基礎就是光速恒定。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決定的。光速的本質是電磁波波速。狹義相對論實現了電磁學與力學的統一。光速是聯系力學與電磁學的橋梁。這是宇宙的物理性質，是物質的運動本質。是我們觀察到現象，并由麥克斯韋理論證明的。這也是物理學對稱性的核心。1918年德國女數學家尼約特（A.E.Noet-er,1882-1935）發表了著名的將對稱性和守恒律聯系在一起的定理，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含其中的一種對稱性。而且實驗物理學家發現光速是個常量，與觀測者的運動狀態無關。通過光速不變，會導致推論出高速運動的時間膨脹，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動。這就是我們對時間的定義。高速運動的系統里意味他在時間里的運動比靜止系統的慢，因為他在時間里的運動有些轉移到空間了，所以他的鐘會變慢。進而推論假如系統在時間里的運動完全轉移到空間來了，系統在空間的運動速度就達到最大速度。進而推論到以光速在空間運動的系統，沒有一點在時間運動，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?！　皩τ诖笥诠馑俚乃俣?，我們的討論就變得毫無疑義了；在以后的討論中，我們會發現，光速在我們的物理理論中扮演著無限大速度的角色。”　　“由此，當υ=V時，W就變成無限大。正像我們以前的結果一樣，超光速的速度沒有存在的可能?！边@時需要引進洛侖茲變對稱性，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構，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和改造了牛頓力學，使之成為洛侖茲不變的力學理論——狹義相對論。“所謂相對論，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解和深奧的理論。但再費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規律一樣，都只適用于慣性系。但事實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“，他發現在一個空間的人是區分不出他是以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。然后他發現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，進而推論引力會導致空間彎曲，“質量導致時空彎曲，而彎曲的時空又決定物質的運動”“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，雖然數學上表述和求證相當復雜。而且在量子力學里，時空的變化的相對，隨時因粒子位置不同而改變。 事實上他包含了及其深刻的對稱性，廣義坐標不變性。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動距離、運動時間都不相同，但是同一個事件在不同慣性系看來不僅能推導相同的物理定律，而且能測量出相同的光速。事實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，光速在空間運動的系統，沒有一點在時間運動，所以沒有時間的流逝。，所以他說我是從永遠到永遠的，我就是當下。所以人們在對稱性的執著追求，乃是追求宇宙中的真理和創造者。

答案 4：

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

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里都是一樣的？答：不是，事實是大家平常說的光速是光在真空中的速度。在其他介質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公設之一，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，不隨光源和觀測者所在參考系的相對運動而改變。這個數值是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立求解麥克斯韋方程組得到的，并為邁克耳孫-莫雷實驗所證實。光速不變原理是愛因斯坦創立狹義相對論的基本出發點之一。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用到所有參考系中。但是各種光速不變的實驗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，這其實一句話就可以解釋：我們的測量工具是什么？就是光。物理學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)，所以根據相對論來說，測量工具和測量物是相對恒定的，那么結果也就是相對恒定的了。

答案 7：

我的理解：如果你認為光速是可變的，也沒有錯，只要你能根據你對光速可變的假設，能夠合理解釋種種現象，比如：引力透鏡。

答案 8：

介質中的光速降低本質上是構成介質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，這次詳細一點補充一下：從問題看，應該問的是與相對論有關的。1.科學理論往往是通過科學假說，經過一系列的演繹、推導，產生結果或預測。如果其預測得到實驗或觀測證實，那這一個理論的假設就應該接受。2.相對論假設：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；c.慣性質量等于引力質量（a.b.是狹義，c.是廣義），愛因斯坦以這幾個假設為前提，用微分幾何、張量運算來推導、演譯相對論。近百年前，劍橋大學天文臺臺長的愛丁頓于1919年宣布了他的觀測結果，相對論的預測---光線在引力場的偏移得到證實。現在，已有比較多的實驗證實相對論的正確。因而，我們就應接受相對論的假設。3.從相對論到標準模型、超對稱理論，物理學家們不斷地求解作用量。愛因斯坦曾說尋找物理規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.基于數學領域的哥德爾不完備性定理，在任何公理化形式系統中，總存留著在定義該系統的公理的基礎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。再補充一點：研究之門（一個科研社交網站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，就連達爾文的進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（運動）的過程，不管是怎么定義的時間，都是以物體運動為基準的，如行星的自轉，鐘擺的來回，晶體的振動，即使是我們人類對于時間的感覺，依舊是基于生化反應的進行（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出不同的反應速度）提到的相對論里邊，衡量時間一樣是用的物體運動，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動的影響。

答案 11：

光速不變是相對論的基本假設，有種解釋是物體速度達到某個程度時時間會變慢，因此相對而言光速始終不變，關于光速可以進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：

因為光速就是個概念，就像肉眼在不同參照物系統里能看到的的地平線，你看到它永遠在那里，但是永遠追不上;沒有質量的物質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...

答案 14：

真空中的光速是恒定的，其他環境中不知道有沒有辦法改變。假設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根據，如果有的話是否有任何進展。

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，學習了。

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