光速是绝对不变的吗?

作者: Frions

来源: 中科院物理所

发布日期: 2017-07-07 10:30:55

文章讨论了光速是否绝对不变的问题,解释了光速在参考系变换下不变的原理,并提到了光速绝对值可能变化的争议。

光速是绝对不变的吗?

这个问法有一些歧义。如果是指光速在参考系变换下绝对不变。那么以目前的认知来看,是的。当然以下说的都是真空中的光速。相对论以前,麦克斯韦方程组计算得到电磁波的速度常量(光速c);但是在哪个参考系为c?人们希望找到一个光速为这个计算值的参考系,称为“以太”。

但迈克尔逊-莫雷实验的结果却表明,不管沿哪个方向观测(地球运动方向与光速方向相同或不同),观测的光速都是相同值,“以太”并不存在。这迫使爱因斯坦将“真空光速不变”作为其狭义相对论的基础之一,从而开始了20世纪初的物理学革命。因此在相对论体系中光速不变原理是作为一个基石的,不能由别的更基础的原理证明,但其正确性已被很多实验证实。

如果一定要问为什么光速c这么特殊,这里仅作为一个参考:光的静质量为零的属性本身就是特殊,而相对论体系下零质量粒子运动速度计算只能为c,因此c也就如此特殊了。当然这是在相对论体系内的自洽思考。

如果是指光速30万千米每秒这个速度的绝对值不变。这并不准确。光速的绝对值原则上是可以改变的。改变光速的绝对值也并不影响狭义相对论的基本假设。后者说的是光速不依赖于参考系。而且目前也有模糊的证据证明现在的真空光速可能的确与宇宙早期有些许不同(证据存争议)。刘慈溪老师在科幻小说《三体III·死神永生》中有关于降低真空光速到第三宇宙速度以下形成“黑域”的设想,有兴趣的童鞋不妨去看看。

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