光速

光速

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中文名称：光速 外文名称：Lightspeed 速        度： 299792.458 km/s 别        名： 电磁波 特        点 ：是速度的上限

光速( speed of light )，是指光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。真空中的光速是目前所发现的自然界物体运动的最大速度。

物体的质量将随着速度的增大而增大，当物体的速度接近光速时，它的质量将趋于无穷大，所以有质量的物体达到光速是不可能的。只有静止质量为零的光介质子，才始终以光速运动着。光速与任何速度叠加，得到的仍然是光速。

光在真空中的速率，是一个物理常数，一般记作Template:Math，精确值为299,792,458m/s（有时会取为3.00×10⁸ m/s）。这一数值之所以是精确值，是因为米的定义本身就是基于光速和国际时间标准的，任何对光速更精确的测定，都不会改变光速的精确值，但会使得人们对一米和一秒的定义更为精确。

数值、记法及单位

真空中的光速通常以小写c表示，即英文中「constant」（恒等、常数）或拉丁文「celeritās[[Category:含有Template:ISO 639 name la的條目]]」（迅捷）的首字母。最初，人们曾以詹姆斯·克拉克·马克士威于1865年使用的符号V表示光速。1856年，威廉·爱德华·韦伯和鲁道夫·科尔劳施曾使用c代表另一个常数。该常数后来被证明为光速的<math>\sqrt{2}</math>倍。1894年，保罗·德汝德重新将c定义为光速。阿尔伯特·爱因斯坦在1905年发表有关狭义相对论的最早德文论文中使用了V，但在1907年便转用当时已通用的符号c。这种使用下标的记法受SI官方出版物认可，且与其它相关常数的记法相符，包括真空磁导率μ₀、真空电容率ε₀（又称电常数）以及自由空间阻抗Z₀。本条目以c代表真空中的光速。

自1983年起，国际单位制（SI）将米定义为¹⁄_299,792,458秒内光在真空中所运行的距离。因此，光速的精确值等于299,792,458 m/s。光速是一个具有量纲的物理常数，因此c的数值取决于所用的单位制。在相对论等经常用到c的物理学范畴中，不少文献会使用自然单位制或几何化单位制。在这些单位制中，c = 1。这样，公式和计算当中就不会出现c，因为乘以或者除以1并不会对结果有任何的影响。

在物理学中的基础地位

科学家发现超光速粒子 爱因斯坦相对论遭质疑原图链接来自腾讯网 的图片

光在真空中的传播速度独立于波源的运动及观测者的惯性参考系。1865年，詹姆斯·克拉克·马克士威提出光是一种电磁波，因此必须以他的电磁理论中所出现的速度Template:Math传播。在麦克斯韦电磁理论的推进下，再加上无法证明以太的存在，爱因斯坦于1905年首次提出「光速不变」这一公式。他从这一点推导出狭义相对论，并证明常数Template:Math在光和电磁波的范畴以外也有举足轻重的地位。但是实验只能验证「双向光速」（如：从光源至一面镜子，再回到光源）是独立于参考系的，但若要测量「单向光速」（如：从光源至某个遥远的探测器），就必须先设定光源和探测器时钟之间的同步化规则。如果选用爱因斯坦同步化规则，单向光速就会按照定义等同于双向光速。狭义相对论就是基于光速不变原理所得出的理论。它的另一个公设为：所有惯性参考系都拥有相同的物理定律。其中一项结果，就是所有无质量粒子和相对应的波在真空中都以这一速度c运行和传播，这也包括光波。

狭义相对论有着不少有悖常理，却有实验证明的结果，例如质能等价（E = mc²）、长度收缩（运动中的物体长度会缩小）和时间膨胀（运动中的时钟走得更慢）等。长度缩减及时间加长的比率γ称为劳仑兹因子，其定义为γ = (1 − v²/c²)^−1/2，其中v是物体的运动速度。在速度v比c小很多的情况下（包括大部份日常所见的慢速运动），γ很接近1。这时狭义相对论就可以近似为经典力学中的伽利略相对性。然而在v非常接近c时，γ趋向无限大，相对论性现象也就会呈现出来了。

要表述狭义相对论的各项结果，可以把时间和空间视为一种综合的结构，即所谓的时空。狭义相对论还要求，所有物理理论均须遵守一种称为劳仑兹协变性的特殊对称性条件。无论是要结合时间和空间，还是要表达这种对称性，在数学公式中都需要c这一常数。劳仑兹协变性已几乎成了现今物理理论的必需假设，这些现代理论包括量子电动力学、量子色动力学、粒子物理学标准模型及广义相对论等。故此，c已成为现代物理学中无处不在的常数，出现在许多与光不相关的领域中。例如，广义相对论预测，c也是引力波的传播速度。在非惯性参考系中（如受引力扭曲的时空和加速参考系等），「局部」光速是不变的并且等于c，但在有限长度内光的运行速度不一定等于c，且要视乎该参考系中距离和时间的具体定义。

人们一般假设，诸如c等基础常数在整个时空中都具有相同的数值，亦即它不会随地点或时间而变动。（这种「不变性」不同于上文所述的各惯性参考系之间的光速不变性。）不过，有各种理论提倡，光速会随时间改变。目前尚未有确切证据证明光速可变，但对此的研究仍在继续发展。

人们同样假设光速具有各向同性，也就是独立于测量的方向。科学家在不同方向的磁场内对原子核的核能级发射光谱进行测量（对钟实验），又对旋转光共振器进行观测（见迈克生－莫立实验），所得结果已对光速的各向异性设下了非常严格的上限。

实验论证

2011年9月，欧洲研究人员发现了一个无法解释的现象——比光速快60纳秒的中微子。一旦被证实，将颠覆支撑现代物理学的相对论。而2012年03月03日最新消息称，经过数月的反复检查，欧洲核子中心日前宣布，卫星定位系统同步接收器可能存在“调校”问题，并高估了中微子运行时间，而把卫星定位系统信号传送到原子时钟的光缆可能出现连接“松动”并导致低估了粒子包飞行时间。最新一期隶属美国科学促进会的《科学》杂志也刊文指出，连接原子钟的光缆出现松动，可能导致计算中微子运行时间的原子钟产生了错误结果。

欧洲核子中心已得到证实，该实验结论是实验电缆出错造成的，并没有颠覆相对论。

降低光速

光速不变原理被打破,科学家成功降低光速!原图链接来自学科学网 的图片

降低真空光速或颠覆爱因斯坦理论

根据爱因斯坦的相对论，在任何参照系中，光在真空中的传播速度都是一个常数。但是科学家最近却成功让光在自由空间（free space，完美真空）中的速度降了下来。

英国格拉斯哥大学和赫瑞瓦特大学的研究人员进行了一项实验。在实验中，科学家安装了一个特殊“隔层”，单个光子在通过这一装置时，形态会发生改变，而且速度出现了下降。

奇妙的是，在通过这一特殊“隔层”之后，即便重新回到自由空间，光子仍会以较低的速度前行。这一实验说明，光的构造可能比人类知道的更为复杂。

根据爱因斯坦的理论，光在自由空间中的速度约合每秒30万公里。在经过水、玻璃等介质时，光速会出现下降，但只要再次返回自由空间，光速就会回归正常。

研究人员称，“降低光速”的方法可以被用于更多的物理学实验中，人类或能解开更多的自然界之谜。

光速发生变化后，人类社会将会发生什么变化？

国际单位制中，长度的基本单位为米（m），质量的基本单位为千克（kg），米和千克的定义如下：

1m定义为“1/299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度”。

1kg定义为“1000立方厘米的纯水在4℃时的质量”

光速是国际单位制中确定的基本单位和导出单位的计量基础，假设有一天，光速发生了变化，变为现在速度的1/2，会发生什么事情？

1.长度计量单位（m）发生了变化

光速降至原来的一半时，长度单位也降至原来的一半。

110m栏的记录被轻易的刷新了，刘翔泪流满面了。

出租车换新的计价器了，计程器跑的飞快，可价格还未调整，的哥乐开花了。

2.面积计量单位（m2）发生了变化

光速降至原来的一半时，面积单位也降至原来的1/4。

中华人民共和国的面积多出了960万平方千米。

北京人一夜醒来，发现房价降到万元以下了。

3.体积和容积的计量单位（m3）发生了变化

光速降至原来的一半时，体积和容积的计量单位降至原来的1/8。

于是，千克也变成了原来的八分之一，所有人一夜醒来发现自己凭空胖了8倍。

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