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一個光錐確定地點,遵循因果律,以及那些不是。
真空中的光速是一個重要的物理常數,符號為c(來自英語中的constant,意為常數;或者拉丁語中的celeritas,意為迅捷),c不僅僅是可見光的傳播速度,也是所有電磁波在真空中的傳播速度。
真空中的光速等於299,792,458米/秒(1,079,252,848.8千米/小時)。這個速度並不是一個測量值,而是一個定義。國際單位制的基本單位米於1983年10月21日起被定義為光在1/299,792,458秒內傳播的距離。使用英制單位,光速約為186,282.397英里/秒,或者670,616,629.384英里/小時,約為1英尺/奈秒。
在任何透明或者半透明的介質(比如玻璃和水)中,光速會降低;c比光速在某種介質中的光速就是這種介質的折射率。重力的改變能夠彎曲光所傳播的空間,使光像通過凸透鏡一樣發生彎曲,看上去繞過了質量較大的天體。光彎曲的現象叫做引力透鏡效應,根據變化了的光線在光譜外波段呈現的不規則程度,可以推算發光星系的年齡和距離。
根據愛因斯坦的相對論,沒有任何物體或信息運動的速度可以超過光速。
光速的測量方法: 最早光速的準確數值是通過觀測木星對其衛星的掩食測量的。還有轉動齒輪法、轉鏡法、克爾盒法、變頻閃光法等光速測量方法。
根據現代物理學,所有電磁波,包括可見光,在真空中的速度是常數,即是光速。強相互作用、電磁作用、弱相互作用傳播的速度都是光速,根據廣義相對論,萬有引力傳播的速度也是光速,且已於2003年得以證實。根據電磁學的定律,發放電磁波的物件的速度不會影響電磁波的速度。結合相對性原則,觀察者的參考坐標和發放光波的物件的速度不會影響被測量的光速,但會影響波長而產生紅移、藍移。這是狹義相對論的基礎。相對論探討的是光速而不是光,就算光被稍微減慢,也不會影響狹義相對論。
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光線從地球到月球僅需 1.2 秒
[編輯] 光速的物理
接近光速情況下,笛卡爾座標系不再適用。同樣測量光線離開自己的速度,一個快速追光的人與一個靜止的人會測得相同的速度(光速)。這與日常生活中對速度的概念有異。兩車以50km/h的速度迎面飛馳,司機會感覺對方的車以50 + 50 = 100km/h行駛,即與自己靜止而對方以100km/h迎面駛來的情況無異。但當速度接近光速時,實驗證明簡單加法計算速度不再奏效。當兩飛船以90%光速的速度(對第三者來說)迎面飛行時,船上的人不會感覺對方的飛船以90% + 90% = 180%光速速度迎面飛來,而只是以稍低於99.5%的光速速度行駛。結果可從愛因斯坦計算速度的算式得出:
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其中v和w是對第三者來說飛船的速度,u是感受的速度,c是光速。
[編輯] 光速的測量簡史
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Rømer的觀測掩星的io的,從地球。
真空中的光速,這是最古老的物理常數之一。最早於1629年艾薩克·畢克曼(beeckman)提出一項試驗,一人將遵守閃光燈一炮反映過一面鏡子,約一英里。伽利略認為光速是有限的,1638年他請二個人提燈籠各爬上相距僅約一公里的山上,第一組人掀開燈籠,並開始計時,對面山上的人看見亮光後掀開燈籠,第一組看見亮光後,停止計時,這是史上著名的測量光速的掩燈方案,這種測量方法實際測到的主要只是實驗者的反應和人手的動作時間。
1676年,奧勒·羅默從木星衛星的觀測,得出光速為有限值的結論。觀測證實了他的預言,據此,惠更斯推算出光速約為 2×108 m/s。
1728年,布拉德雷根據恆星光行差求得 c = 3.1×108 m/s。
1849年,斐索用旋轉齒輪法求得 c = 3.153×108 m/s。他是第一位用實驗方法,測定地面光速的實驗者。實驗方法大致如下:
光從半鍍銀面反射後,經高速旋轉的齒輪投向反射鏡,再沿原路返回。如果齒輪轉過一齒所需的時間,正好與光往返的時間相等,就可透過半鍍銀面觀測到光,從而根據齒輪的轉速計算出光速。
1862年,傅科用旋轉鏡法測空氣中的光速,原理和斐索的旋轉齒輪法大同小異,他的結果是 c = 2.98 × 108 m/s。
第三位在地面上測到光速的是考爾紐(M.A.Cornu)。1874年他改進了斐索的旋轉齒輪法,得 c = 2.9999 × 108 m/s。
邁克耳遜改進了傅科的旋轉鏡法,多次測量光速。1879年,得 c = (2.99910±0.00050) ×108 m/s;1882年得 c = (2.99853±0.00060) × 108 m/s。
後來,他綜合旋轉鏡法和旋轉齒輪法的特點,發展了旋轉稜鏡法,1924~1927年間,得c = (2.99796±0.00004) × 108 m/s。
邁克耳遜在推算真空中的光速時,應該用空氣的群速折射率,可是他用的卻是空氣的相速折射率。這一錯誤在 1929 年被伯奇發覺, 經改正後, 1926年的結果應為 c = (2.99798±0.00004) × 108 m/s = 2997984±4 km/s。
後來,由於電子學的發展,用克爾盒、諧振腔、光電測距儀等方法,光速的測定,比直接用光學方法又提高了一個數量級。
60年代雷射器發明,運用穩頻雷射器,可以大大降低光速測量的不確定度。
1973年達 0.004 ppm,終於在 1983 年第十七屆國際計量大會上作出決定,將真空中的光速定為精確值。