光在真空中的传播速度有多快
真空中的光速是物理学中广泛使用的指标,曾一度使许多发现成为可能,并解释了许多现象的本质。为了理解该主题并了解如何以及在什么条件下发现该指标,需要研究几个重要点。
光速是多少
光在真空中的传播速度被认为是一个绝对值,反映了电磁辐射的传播速度。它在物理学中被广泛使用,并以小拉丁字母“s”的形式命名(它表示“tse”)。

根据大多数研究人员和科学家的说法,真空中的光速是粒子运动和各种辐射传播的最大可能速度。
至于现象的例子,它们是:
- 来自任何地方的可见光 资源.
- 所有类型的电磁辐射(如 X 射线和无线电波)。
- 引力波(这里一些专家的意见不同)。
许多种类的粒子可以以接近光速的速度行进,但永远无法到达。
光速的准确值
多年来,科学家们一直在尝试确定光速,但准确的测量是在上世纪 70 年代进行的。最终 指标为 299,792,458 m/s 最大偏差为 +/-1.2 m。 今天它是一个不变的物理单位,因为以米为单位的距离是 1/299,792,458 秒,这就是光在真空中传播 100 厘米所需的时间。

为了简化计算, 指标简化为 300,000,000 m/s (3×108 m/s).在学校的物理课上大家都熟悉,就是用这种形式测速的。
光速在物理学中的基本作用
无论研究中使用哪种参考系统,该指标都是主要指标之一。它不依赖于波源的运动,这也很重要。
1905 年,阿尔伯特·爱因斯坦提出了不变性假设。这发生在另一位科学家麦克斯韦(Maxwell)没有发现发光以太存在的证据之后,提出了一个关于电磁学的理论。
因果效应不能以超过光速的速度传播的断言在今天被认为是相当合理的。
顺便一提! 物理学家并不否认某些粒子可以以超过所考虑指标的速度移动。但是,它们不能用于传达信息。
历史参考
要了解该主题的特征并了解某些现象是如何发现的,应该研究一些科学家的实验。 19世纪有许多对后来的科学家有帮助的发现,主要涉及电流以及磁和电磁感应现象。
詹姆斯麦克斯韦的实验
物理学家的研究证实了远距离粒子的相互作用。随后,这使威廉韦伯发展了一种新的电磁学理论。麦克斯韦还明确确立了磁场和电场的现象,并确定它们可以相互产生,形成电磁波。正是这位科学家最先开始使用“s”这一名称,至今仍被全世界的物理学家所使用。
多亏了这一点,大多数研究人员已经开始谈论光的电磁性质。麦克斯韦在研究电磁激发的传播速度时,得出了这个指标等于光速的结论,他一度对这一事实感到惊讶。
由于麦克斯韦的研究,很明显光、磁和电不是独立的概念。这些因素共同决定了光的性质,因为它是在太空中传播的磁场和电场的组合。

迈克尔逊和他证明光速绝对性的经验
上世纪初,大多数科学家使用了伽利略的相对性原理,根据该原理,人们认为无论使用哪种参考系,力学定律都是不变的。但同时,根据理论,电磁波的传播速度应该随着源的移动而改变。这与伽利略的假设和麦克斯韦的理论都背道而驰,这也是研究开始的原因。
当时,大多数科学家倾向于“以太理论”,根据该理论,指标不取决于其来源的速度,主要决定因素是环境特征。

由于地球在外层空间中沿某个方向运动,根据速度相加定律,在不同方向测量时,光速会有所不同。但迈克尔逊并没有发现电磁波传播的任何差异,无论测量是在哪个方向进行的。
以太理论无法解释绝对值的存在,更能说明其谬误。
爱因斯坦的狭义相对论
当时一位年轻的科学家提出了一个与大多数研究人员的想法背道而驰的理论。根据它,时间和空间具有确保真空中光速不变的特性,无论选择的参考系如何。这解释了迈克尔逊的不成功实验,因为光的传播速度不取决于其光源的运动。
[tds_council]间接证实爱因斯坦理论正确性的是“同时性相对论”,其本质如图。[/tds_council]

光速是怎么测出来的?
许多人尝试确定这个指标,但由于科学发展水平低,以前这样做是有问题的。因此,古代科学家认为光速是无限的,但后来许多研究人员怀疑这个假设,这导致了许多尝试来确定它:
- 伽利略使用手电筒。为了计算光波的传播速度,他和他的助手在山上,山之间的距离是精确确定的。然后其中一个参与者打开了灯笼,第二个参与者一看到光就必须这样做。但由于波传播速度快,无法准确确定时间间隔,这种方法没有给出结果。
- 来自丹麦的天文学家奥拉夫·罗默 (Olaf Roemer) 在观察木星时注意到了一个特征。当地球和木星在它们的轨道上处于相反的位置时,木卫一(木星的卫星)的日食比行星本身晚了 22 分钟。基于此,他得出结论,光波的传播速度不是无限的,而是有极限的。根据他的计算,这个数字大约是每秒 220,000 公里。根据罗默确定光速。
- 大约在同一时期,英国天文学家詹姆斯布拉德利发现了光像差现象,这是由于地球绕太阳运动以及绕其轴自转造成的,因此恒星在天空中的位置并且与他们的距离在不断变化。由于这些特征,星星在每年都描述了一个椭圆。根据计算和观察,天文学家计算出速度,它是每秒308,000公里。光像差
- Louis Fizeau 是第一个决定通过实验室实验确定确切指标的人。他在距离源头 8633 m 的地方安装了一块镜面玻璃,但由于距离很小,无法进行准确的时间计算。然后科学家设置了一个齿轮,它定期用牙齿覆盖光。通过改变轮子的速度,Fizeau 确定了光在什么速度下没有时间在齿间滑动并返回。根据他的计算,速度是每秒31.5万公里。路易斯·菲索的经历。
测量光速
这可以通过多种方式完成。不值得详细分析它们;每个都需要单独审查。因此,最容易理解的品种:
- 天文测量.在这里,最常使用 Roemer 和 Bradley 的方法,因为它们已经证明了它们的有效性,并且空气、水和其他环境特征的特性不会影响性能。在空间真空条件下,测量精度提高。
- 空腔共振或空腔效应 - 这是在行星表面和电离层之间产生的低频驻磁波现象的名称。使用来自测量设备的特殊公式和数据,不难计算出空气中粒子的速度值。
- 干涉测量 - 一组研究方法,其中形成了几种类型的波。这会产生干扰效应,从而可以对电磁振动和声学振动进行大量测量。
在特殊设备的帮助下,可以在不使用特殊技术的情况下进行测量。
超光速可能吗?
根据相对论,物理粒子对指标的超量违反了因果律。因此,可以将信号从未来传输到过去,反之亦然。但同时,该理论并不否认可能存在运动速度更快的粒子,同时它们与普通物质相互作用。
这种类型的粒子称为快子。它们移动得越快,携带的能量就越少。
视频课程:Fizeau 的实验。光速的测量。物理11年级。
真空中的光速是一个常数;物理学中的许多现象都是基于它。它的定义成为科学发展的一个新里程碑,因为它可以解释许多过程并简化许多计算。


