欢迎访问喜蛋文章网
你的位置:首页 > 经典文章 > 文章正文

为什么光速被认为是相对论中最重要的物理常数之一

时间: 2023-04-27 10:12:49 | 来源: 喜蛋文章网 | 编辑: admin | 阅读: 107次

为什么光速被认为是相对论中最重要的物理常数之一

为什么光速是最快的速度

光速不变原理是相对论最重要的基石之一。没有任何速度能超越光速是相对论的一个推论。根据相对论原理,要使物资超越光速其本身质量相对观察者而言会变得无穷大,加速到这个速度需要无穷大的能量(无穷大不是一般大--即便是全宇宙的能力加起来也不叫无穷大....),同时还有另外一些效应,该物资的体积会变得无穷小,该物资所在参照系时间会倒流.....这些都推断出速度不能超于光速。
当然,你大可不必相信这些推论,如果你有足够证据说明相对论存在某种瑕疵,超光速是可以存在的,而你又发现了超光速,我相信,下一个诺贝尔奖得主会是楼主。祝您好运!
因为光粒子的移动是最快的,目前宇宙中至少如此,c=3*10^8 m/s是速度的极限 ,举个简单的例子。设一个星球A距离我们1光年,有架飞船从地球出发开往星球A。飞船的速度远大于光速,5秒钟就到达星球A了,但是在星球A上飞船所发出来的光还要经过1年才可以传到地球上,就是说地球上的人还是要过1年零5秒钟才可以看到飞船到达星球A的情景,地球上的人看起来飞船的速度还是小于光速了。
想象一下如果有一个星系每秒转一圈,而周长有三十万光年,那么最边上的粒子难道正在做时空旅行回到过去吗? 所以说,根据伟大的爱因斯坦的狭义相对论原理,光速最快。
不知你学过波粒二象性和E=mc平方公式没有?我简单解释吧,就是目前已知物质里,当光作为离子时,它的质量是最轻的,为0,既光子为零质量,当光子加速,作为波时,它的速度即为已知的最快速度,因为还没有发现有负质量的物质。
不知你现在明白了没有?意思就是光子的质量最小,=0,导致它是目前已知最快的速度。光不仅是可见光,根据频率不同包括有x,y射线以及紫外、红外、等个波段涉嫌,这些都是光的范畴。
再解释一下,为什么有质量的东西不能超过光速,根据老爱的E=mc平方公式,有质量的东西当接近光速时,它所需的推动力是无穷大的,这也是为什么空间旅行的速度有限的原因。
个人感觉光速最快的原因是:目前我们测量一个物体速度大小都是依据观察得来的,既然是观察,依赖的当然是光,自然光速就是极限了。

举个简单的例子。设一个星球A距离我们1光年,有架飞船从地球出发开往星球A。飞船的速度远大于光速,5秒钟就到达星球A了,但是在星球A上飞船所发出来的光还要经过1年才可以传到地球上,就是说地球上的人还是要过1年零5秒钟才可以看到飞船到达星球A的情景,地球上的人看起来飞船的速度还是小于光速了。

这就是光速最快的原理,因为我们依赖光来测量。

个人看法,光速不是极限速度,可以超越。

光速是最快的吗?

光的传播的光速

光速
光(电磁波)在真空中的传播速度。2021年公认值为C=299 792 458 米/秒(精确值)
一般四舍五入为3x10⑻米/秒,是最重要的物理常数之一。
17世纪以前,天文学家和物理学家都认为光速是无限大的,宇宙恒星发出的光都是瞬时到达地球。伽利略首先对此提出怀疑,他于1607年在两山顶间做实验测光速,由于光速太大而实验装置又太简陋,未获成功。1676年丹麦天文学家罗默,利用天文观测,首次成功测量了光速。1849年法国科学家斐索在实验室里,用巧妙的装置首次成功地在地面上测出了光速。1973年美国标准局的埃文森采用激光方法利用频率和波和测定光速为(299792 485+1.2)米/秒。经1975年第15届国际计量大会确认,上述光速作为国际推荐值使用。1983年第17届国际计量大会上通过米的新定义为“真空”中光在1/299 792 458秒时间间隔内行程的长度。
这样,光速已成为定义值,它的精确度为零。今后也无需再做精密测量了。而长度单位米、时间单位秒是通过这个定义值直接联系的。
狭义相对论的基本原理之一是光速不变原理。这与光速定义为一固定值是相一致的。不过迄今还有人仍在检验在更高的精确度下,光速究竟是否恒定。
除真空外,光能通过的物质叫做(光)介质,光在介质中传播的速度小于在真空中传播的速度,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 。光在空气中的速度:3.0×10^8m/s 。光在酒精中的速度:2.2×10^8m/s。

光速的本质是什么?为何光速是极限速度和常数?

其实就是爱因斯坦的狭义相对论和麦克斯韦电磁波理论:
狭义相对论力学
(注:γ=1/sqr(1-u^2/c^2),β=u/c,u为惯性系速度。)
1.基本原理:(1)相对性原理:物理定律在所有惯性系中都具有相同的数学形式。
2.光速不变原理:真空中的光速是与惯性系无关的常数。
(此处先给出公式再给出推导)
2.洛仑兹坐标变换(沿X轴方向):
X=γ(x-ut)
Y=y
Z=z
T=γ(t-ux/c^2)
3.速度变换:
V(x)=(v(x)-u)/(1-v(x)u/c^2)
V(y)=v(y)/(γ(1-v(x)u/c^2))
V(z)=v(z)/(γ(1-v(x)u/c^2))
4.尺缩效应:△L=△l/γ或dL=dl/γ
5.钟慢效应:△t=γ△τ或dt=dτ/γ
6.光的多普勒效应:ν(a)=sqr((1-β)/(1+β))ν(b)
(光源与探测器在一条直线上运动。)
7.动量表达式:P=Mv=γmv,即M=γm
8.相对论力学基本方程:F=dP/dt
9.质能方程:E=Mc^2
10.能量动量关系:E^2=(E0)^2+P^2c^2
(注:在此用两种方法推导,一种在三维空间内进行,一种在四维时空中证明,实际上他们是等价的。)
三维语言
1.由实验总结出的公理,无法证明。
2.洛仑兹变换:
设(x,y,z,t)所在坐标系(A系)静止,(X,Y,Z,T)所在坐标系(B系)速度为u,且沿x轴正向。在A系原点处,x=0,B系中A原点的坐标为XA原点=-uT,即XA原点+uT=0。
可令
x=k(X+uT) (1).
又因在惯性系内的各点位置是等价的,因此k是与u有关的常数(广义相对论中,由于时空弯曲,各点不再等价,因此k不再是常数。)同理,B系中的原点处有X=K(x-ut),由相对性原理知,两个惯性系等价,除速度反向外,两式应取相同的形式,即k=K.
故有
X=k(x-ut) (2).
对于y,z,Y,Z皆与速度无关,可得
Y=y (3).
Z=z (4).
将(2)代入(1)可得:x=k^2(x-ut)+kuT,即
T=kt+((1-k^2)/(ku))x (5).
(1)(2)(3)(4)(5)满足相对性原理,要确定k需用光速不变原理。当两系的原点重合时,由重合点发出一光信号,则对两系分别有x=ct,X=cT.
代入(1)(2)式得:ct=kT(c+u),cT=kt(c-u).两式相乘消去t和T得:
k=1/sqr(1-u^2/c^2)=γ.将γ反代入(2)(5)式得坐标变换:
X=γ(x-ut)
Y=y
Z=z
T=γ(t-ux/c^2)
3.速度变换:
V(x)=dX/dT=γ(dx-ut)/(γ(dt-udx/c^2))
=(dx/dt-u)/(1-(dx/dt)u/c^2)
=(v(x)-u)/(1-v(x)u/c^2)
同理可得V(y),V(z)的表达式。
4.尺缩效应:
B系中有一与x轴平行长l的细杆,则由X=γ(x-ut)得:△X=γ(△x-u△t),又△t=0(要同时测量两端的坐标),则△X=γ△x,即:△l=γ△L,△L=△l/γ
5.钟慢效应:
由坐标变换的逆变换可知,t=γ(T+Xu/c^2),故△t=γ(△T+△Xu/c^2),又△X=0,(要在同地测量),故△t=γ△T.
(注:与坐标系相对静止的物体的长度、质量和时间间隔称固有长度、静止质量和固有时,是不随坐标变换而变的客观量。)
6.光的多普勒效应:(注:声音的多普勒效应是:ν(a)=((u+v1)/(u-v2))ν(b).)
B系原点处一光源发出光信号,A系原点有一探测器,两系中分别有两个钟,当两系原点重合时,校准时钟开始计时。B系中光源频率为ν(b),波数为N,B系的钟测得的时间是△t(b),由钟慢效应可知,A△系中的钟测得的时间为
△t(a)=γ△t(b) (1).
探测器开始接收时刻为t1+x/c,最终时刻为t2+(x+v△t(a))/c,则
△t(N)=(1+β)△t(a) (2).
相对运动不影响光信号的波数,故光源发出的波数与探测器接收的波数相同,即
ν(b)△t(b)=ν(a)△t(N) (3).
由以上三式可得:
ν(a)=sqr((1-β)/(1+β))ν(b).
光具有波粒二象性 是电磁波
光在真空中的传播速度是恒定的
如果物体的速度超过光速将会在出发的前点到达
光的本质是电磁波,所以光速的本质是电磁波的传播速度。
“光速是极限速度和常数”是老爱的狭义相对论中的假设,谈不上是“为何”。物理学上,一个假设的成立是靠例子来验证的,验证成功的例子越多,该假设就越被人认可;如果找到了一个反例,该假设就被推翻了。
光的本质是电磁波 其基本粒子是光子 光速不是常数 其在不同介质中传播速度不同 只是在真空中最大而已
质量也是由参照决定的量,只是用来描述物体的。
文章标题: 为什么光速被认为是相对论中最重要的物理常数之一
文章地址: http://www.xdqxjxc.cn/jingdianwenzhang/169444.html
文章标签:最重要  常数  相对论  光速  物理
Top