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光速是最快的速度嗎

來源:時尚達人圈    閱讀: 2.41W 次
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光速是最快的速度。

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光速是世界上最快的速度。光速的定義是光波或電磁波在真空或戒指狀態下的傳播速度。根據科學家的研究,真空中的光速是目前爲止發現的自然界中運動的最大速度,尚未有科學表明還有比光速更快的速度產生。

一、光速是自然界物體運動的最快速度

光在真空中傳播的速度爲3.0*10^8m/s。這個速度快到人們無法想象,無法用肉眼進行觀測。古往今來,很多科學家對光速進行了測量。例如歷史上著名的掩燈方案,例如牛頓,伽利略、傅科等科學家對光速進行了多次實驗和測算。隨着科技的快速發展,歷代的'科學家對光速的測量越來越精準。

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二、光在不同介質中的速度

光在不同介質中的速度是不一樣的,衆所周知,光在真空中的速度是最快的。此外,光在玻璃中的速度大概爲真空中速度的2/3,速度爲2.0*10^8m/s。而光在酒精、水中、冰中的速度比光在玻璃中的速度稍微大一些,分別爲2.2*10^8m/s、2.25*10^8m/s、2.3*10^8m/s。

三、光速在生活中的應用

光速離我們的生活雖然很遙遠,但在在我們的生活中也有一定的應用。光速研究可以帶領我們更好地探尋這個世界的真理。通過光速,我們可以測量地球與月球的距離,光速同樣也可以當作時間機器。根據愛因斯坦的相對論,我們也可以知道,當某個物體達到甚至超過光速的時候,其意識就會發生變化,時間也會隨之改變。

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01光的速度

光速,是宇宙中快的速度,同時在接近光速的高速狀態下,時間和空間的性質也會發生一定的變化,比如乘坐一艘接近光速的飛船在宇宙中旅行,就會因爲“時間膨脹”導致時間流速出現時間差,飛船上的人旅行了一年,回到地球后卻發現,地球上已經過去了七十多年。

如何接近光速,如何超越光速,是科學家一直在研究的話題,目前光速都是我們在宇宙中發現的“最快速度”。光速和觀察者的運動速度無關,因爲光速並不需要遵循牛頓的力學法則,只遵從相對論中的速度合成法則,任何速度和光速相加,都只能得到光速。

299792458m/s,這就是光的速度,對於我們來說,這是一個難以達到的`速度,人類目前離開地球最遠的探測器是旅行者一號,它的速度是15千米/秒,這個速度對於人類來說已經很快了,但是和光速相比還是有很大的差距。可是,光速這麼快,仍然有人說“光速慢如龜速”,“光速就像蝸牛一樣慢”,這是爲什麼呢?

02光速其實很慢?

光速很慢?似乎怎麼思考這個觀點都是錯誤的,因爲光速是宇宙中物體運動的最大速度,在我們的理論中不允許出現比光速還要快的速度,目前只有宇宙膨脹和量子糾纏的兩個量子相互影響的速度超過了光速,但是這兩個所謂的“速度”並不是真正意義上的速度。

光速是“物體運動的最大速度”,而宇宙膨脹和量子糾纏並沒有讓物體移動,也沒有傳遞信息,因此光速仍然是宇宙中最快的速度。既然不存在比光速還要快的速度,爲什麼我們還會說光速慢得像蝸牛呢?

首先,說光速“慢”並不是說光速的速度慢,而是光速相對於宇宙的大小來說太慢了,每秒299792458m,對於人類現在的科技來說很快很快,但是用這個速度在宇宙中旅行的話,還算快嗎?

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在宇宙中,我們常用的距離單位是“光年”,也就是光向一個方向運動一年的距離。科學家認爲,地球所在太陽系的直徑大約就是1~2光年左右,仍然以旅行者一號爲例,17646年後,旅行者一號才能飛出一光年的距離。

人類文明纔出現10000年左右,離開太陽系就需要10000年,用的時間是不是太長了?或許你認爲,人類可以在未來製造出光速飛船,只需要一年的時間就可以離開太陽系了,可是太陽系只是銀河系中十分普通的一個星系,在太陽系之外還存在更加廣闊的宇宙。

03宇宙有多大?

宇宙有多大?大到讓人認爲光速很慢!因爲宇宙在不斷膨脹,導致了一定範圍外的光線無法抵達地球,因此人類可以觀察的宇宙範圍是有限的,我們把可以觀察的宇宙範圍稱爲“可觀測宇宙”,目前可觀測宇宙的直徑是900億光年!這代表我們就算可以以光速運動,也需要900億年才能抵達可觀測宇宙的邊緣。

更加讓人害怕的是,在可觀測宇宙之外的宇宙空間更加廣闊,從現有的宇宙大尺度結構來看,可觀測宇宙之外的空間是900億光年的無數倍,宇宙才誕生了138億年,我們想抵達可觀測宇宙的邊緣就需要900億年,如果光速真的無法超越,那麼在浩瀚的宇宙面前,光速確實就和龜速一樣慢。

在宇宙面前,光速很慢,但是在人類文明面前,光速又難以想象的快。當然,人類科技開始高速發展只有短短的數百年,數千年甚至上萬年後,或許人類就可以實現超光速運動,探索浩瀚的宇宙。

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超光速會怎樣?

無論是物體的運動速度,還是信息的傳播速度,都不能超過光速。因爲一旦超光速,閉合的時間曲線可能會讓世界線回到原點,導致我們可以影響到過去,從而有可能打破因果律。因果關係的違背會出現一些奇怪的悖論,例如,一個人向過去發送信息,導致過去的自己死亡,這樣就會陷入一個無解的怪圈中。

儘管如此,宇宙中存在超光速現象。

宇宙被認爲誕生於138億年前,最初是一個無體積的奇點,經過不斷膨脹,現在的可觀測宇宙半徑已經擴張到465億光年,而不可觀測宇宙的範圍更大。也就是說,宇宙的膨脹速度遠遠超過光速。

不過,宇宙膨脹本質上是因爲空間結構的膨脹,其中的天體並沒有在空間中超光速運動。空間不是具體物質,也不是某種形式的能量,其膨脹速度可以是任意的.,超光速也不會有問題。

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愛因斯坦的相對論

愛因斯坦認爲,光速不變是我們宇宙的一個基本規律,他以此創立了狹義相對論。爲了讓光速在不同參照系中保持不變,必然會導致時間和空間在不同參照系中發生變化,時空不再是牛頓時代的絕對不變。

它看起來與經典物理學的動能公式顯得完全不同,但事實上,如果對上式進行泰勒展開,考慮宏觀低速的情況,就會得到我們熟悉的動能公式。

上式表明,一旦物體具有靜質量,它就無法被加速到光速,因爲這需要無窮無盡的能量。而光子的靜質量爲零,所以它們具有有限的動能,而且速度必然是光速。當速度超過光速時,上式將會變得沒有意義。因此,從光速不變原理可以推導出光速是宇宙中最快的速度。

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