精選百科
本文由作者推薦
小編整理：
光速是物理學(xué)中的一個(gè)重要常數，它表示光在真空中傳播的速度。以字母c表示，其值為299,792,458米/秒。這個(gè)速度是電磁波在真空中的速度，也是所有電磁波在真空中傳播的速度極限。 光速在許多物理學(xué)定理和現象中都起著(zhù)重要的作用。根據狹義相對論，光速是宇宙中所有物質(zhì)運動(dòng)的極限速度，任何物體都無(wú)法以超過(guò)光速的速度移動(dòng)。此外，光速還與時(shí)間、空間和引力等概念密切相關(guān)。 除了在物理學(xué)中的重要性，光速還在其他領(lǐng)域中有廣泛的應用。例如，在通信領(lǐng)域中，光速是光纖通信和衛星通信的基礎。在光學(xué)領(lǐng)域中，光速也是非常重要的，因為許多光學(xué)現象都與光速有關(guān)。 總之，光速是物理學(xué)中的一個(gè)非常重要的常數，它與許多定理和現象都有著(zhù)密切的聯(lián)系，并在許多領(lǐng)域中有廣泛的應用。光速
通用物理常數
光速是一個(gè)物理常數，指真空中光和其他電磁波的速度。通常以英文字母 c 表示，真空中光速也稱(chēng)為自由空間中光速。無(wú)線(xiàn)電波、X射線(xiàn)等電磁波都以光速傳播。光波傳播的速度，與力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)及近代物理中的許多定理都有著(zhù)極為密切的聯(lián)系。光速是目前科學(xué)界所發(fā)現的速度極限，根據狹義相對論光速是宇宙中所有的物質(zhì)運動(dòng)或能量（以及攜帶的信息）在空間中傳播的速度上限，也是所有無(wú)質(zhì)量粒子及對應的場(chǎng)波動(dòng)在真空中運行的速度。這由電子在電子加速器中被加速時(shí)的一些實(shí)驗結果得到了證實(shí)。在相對論中，光速c與空間和時(shí)間相關(guān)聯(lián)，在質(zhì)能等價(jià)方程中具有特殊意義。在特定情況下，物體或波的傳播速度可能比光速更快（例如，波的相速度、某些高速天文物體的出現以及特定的量子效應）。
基本信息
中文名
光速
英文名
Lightspeed / speed of light / velocity of light / electromagnetic constant
相關(guān)著(zhù)作
《相對論》
相關(guān)性質(zhì)
1．光速的絕對性：光速是極限速度，以光速運動(dòng)的粒子的引力質(zhì)量為0
2．光速是一種標量速度，在各個(gè)方向上大小相等
3．光速同任何速度相加之和仍為光速。光速與任何速度（亞光速、光速或超光速）的合成速度仍是光速
4．光速的不變性：對于同一個(gè)參照系，光速值為常數，與光源的運動(dòng)狀態(tài)和方向無(wú)關(guān)
不同介質(zhì)
光的波長(cháng)
不同介質(zhì)中光速的計算方法：令
若介質(zhì)的折射率隨光波頻率變化很大，群速度就會(huì )變得很小。所以，在小頻率范圍內介質(zhì)的折射率發(fā)生急劇變化是實(shí)現光速減慢的關(guān)鍵。
機制原理
一般的牛頓第二定律是：當力F作用于質(zhì)量為m的物體上時(shí)，所產(chǎn)生的動(dòng)量mv的變化率等于這個(gè)力，即F＝
m=
其中c是光速，m0是粒子的靜止質(zhì)量。設M＝m-m0是粒子質(zhì)量的增量，則其能量的相應增量E為粒子所受力F對它所作的功，即E=
由 (1)有m=
由 (2)有E=
=m0c
研究歷史
亞里士多德堅信光不會(huì )移動(dòng)，只存在出現與否的差異，這一觀(guān)點(diǎn)得到當時(shí)許多人的支持。古希臘人認為，視覺(jué)對于光傳播的感知是從眼球指向被觀(guān)測物體的。但是亞歷山大的海倫（Heronof Alexandria）認為：若當真如此，那么光的傳播必然是瞬時(shí)的，否則當我們睜開(kāi)眼睛時(shí)，又如何能瞬間看到遠方的星體。伊斯蘭學(xué)者阿爾哈曾（Alhazen）著(zhù)有《光學(xué)寶鑒》（Book of Optics），他認為光是從相反方向傳播而來(lái)，是從被觀(guān)察物體傳播到觀(guān)測者眼中的。
意大利物理學(xué)家伽利略認為，只要光的傳播需要時(shí)間，人類(lèi)就能測算出光速。1607年，36歲的伽利略進(jìn)行了世界上第一個(gè)測量光速的實(shí)驗。他提出通過(guò)計量光信號傳播時(shí)間來(lái)計算光速的方法：一人帶著(zhù)時(shí)鐘和提燈站在一座山丘上，另一人也拿著(zhù)提燈站在鄰近且距離已知的另一山丘上。第一人打開(kāi)燈時(shí)開(kāi)始計時(shí)，第二人看到光后，打開(kāi)自己的燈，第一人看到第二人的燈光時(shí)，停止計時(shí)。為了使光傳播距離較遠，測定誤差較小，他讓兩個(gè)人分別站在兩座山上。由于伽利略測量光速所用的距離過(guò)短，不足以精確測量出光線(xiàn)傳播時(shí)長(cháng)，所以實(shí)驗以失敗告終。法國數學(xué)家笛卡爾對此實(shí)驗做了進(jìn)一步改良，他認為：若光線(xiàn)從太陽(yáng)或月球傳播到地球需要時(shí)間，那月食等現象真實(shí)發(fā)生的時(shí)刻就會(huì )和人類(lèi)的預測存在差別。但經(jīng)過(guò)多次觀(guān)測，仍未發(fā)現任何時(shí)滯。事實(shí)上，伽利略和笛卡爾的思路是正確的，但由于光線(xiàn)傳播速度極快，穿過(guò)月地距離和日地距離的時(shí)間十分短暫，當時(shí)的實(shí)驗器材不足以觀(guān)測出來(lái)。
1676年，丹麥天文學(xué)家奧勒·羅默（OIaus Roemer）第一次提出了有效的光速測量方法并成功運用“木星衛星法”計算出了光速。他在巴黎對木星的一個(gè)衛星木衛一的掩星研究觀(guān)測發(fā)現：它的掩星發(fā)生時(shí)間與預期時(shí)間不符。地球靠近木星時(shí)，掩星早11分鐘；地球距木星較遠時(shí)，掩星晚11分鐘。并且在地球處于太陽(yáng)和木星之間時(shí)的周期與太陽(yáng)處于地球和木星之間時(shí)的周期相差十四、五天。他認為這種現象是由于光具有速度造成的，他還推斷出光跨越地球軌道所需時(shí)間為22分鐘。1676年9月，羅默預言預計11月9日上午5點(diǎn)25分45秒發(fā)生的木衛食將推遲10分鐘。觀(guān)測最終證實(shí)了羅默的預言。結合木星距離，羅默估算出光速約為2.1
1725年，英國天文學(xué)家詹姆斯?布拉德雷（James Bradley）發(fā)現了恒星的“光行差”現象，以意外的方式證實(shí)了羅默的理論。一開(kāi)始，他無(wú)法解釋他觀(guān)測到的這一現象，直到1728年，他在坐船時(shí)受到風(fēng)向與船航向相對關(guān)系的啟發(fā)，認識到光的傳播速度與地球公轉速度共同引起了“光行差”的現象。他用地球公轉的速度與光速的比例估算出了太陽(yáng)光到達地球需要8分13秒。布拉德雷測定值證明了羅默的光速有限性的說(shuō)法。
1849年9月，法國人斐索（A.H.Fizeau）用旋轉齒輪法測得光速為3.153
1928年，美國物理學(xué)家阿爾伯特?邁克爾遜為了測定出誤差在0.001%以?xún)?，精確程度滿(mǎn)足最基本的核物理運算的光速值，已經(jīng)在過(guò)去50多年內設計了12次實(shí)驗。他發(fā)明了6臺精密裝置，最終準確地測定出光速。并因此獲得了諾貝爾獎。邁克爾遜用一個(gè)能夠恒速旋轉的引擎驅動(dòng)八邊形棱鏡高速旋轉，他向棱鏡照射光線(xiàn)，在鏡子旋轉到某點(diǎn)時(shí)，光束正好能夠反射到屋子后墻上靜止的曲面鏡上。這面旋轉的鏡子只用遠遠少于1秒的時(shí)間就能夠把光線(xiàn)反射回曲面鏡上，然后又繼續旋轉。曲面鏡從棱鏡的每面都會(huì )收到短光脈沖。每個(gè)光脈沖經(jīng)過(guò)聚焦透鏡的反射，穿過(guò)墻洞，傳播到22英里外的圣·安東尼山上。在那里，經(jīng)過(guò)第二個(gè)聚焦透鏡的反射，光脈沖又從一面鏡子上徑直返回鮑爾迪山。在這里，光脈沖又照射到后墻的曲面鏡上，最后反射到旋轉鏡上。每個(gè)光脈沖不到1/4000秒就完成44英里的路程。返回光線(xiàn)在棱鏡的反射下，就會(huì )投射到柵屋墻上的一個(gè)點(diǎn)。通過(guò)從棱鏡與這一點(diǎn)的角度，邁克爾遜可以計算出光脈沖完成44英里往返路程，鏡子轉動(dòng)的角度，并以此計算出光速。邁克爾遜計算出光速是2.997950377
20 世紀初，兩位科學(xué)家從理論上推算出光速的數值。1906 年，羅薩（E.B.Rosa）和竇賽（N.E.Dorsey）發(fā)表了一個(gè)準確的光速值：299784±15 km/s。這個(gè)數值是他們通過(guò)測量?jì)深?lèi)電單位之比，即絕對靜電單位(esu)中的電荷與絕對電磁單位(emu)的同一電荷之比獲得的。1941年，伯奇(R.T.Birge)評論此實(shí)驗為“整個(gè)科學(xué)史上精密研究中完成的最美的實(shí)驗之一” 。二人測量的光速值處于當時(shí)光速測量值的中間值，與2.99774
1924年，卡羅盧斯（Karolus）和米特爾施泰特（Mittelstaedt）提出利用克爾盒法來(lái)測定光速。1934年，谷瑞·德布雷（Cheury de Brayza）發(fā)表了有關(guān)光速的文章，其中列出了他們幾年間光速的測量結果：1924年的結果為2.99802
20世紀50年代流行用微波法測定光速，1958年有一個(gè)較精確的光速值是在微波干涉儀（f=72GHz）中獲得的：c=2.99792500
1973年6月，國際計量局（BIPM）米定義咨詢(xún)委員會(huì )決定以高精度光頻測量和高精度光波長(cháng)為基礎：取激光波長(cháng)
但光速還定義著(zhù)比長(cháng)度更加基本的東西。阿爾伯特·愛(ài)因斯坦（Albert Einstein）的工作表明了光速的真正重要性。他證明光速不僅僅是光子在真空中運動(dòng)的速度，還是連接時(shí)間與空間的基本常數，不過(guò)，一直與相對論有沖突的量子理論是允許物質(zhì)以大于光速的速度運動(dòng)的。在20世紀20年代，量子論顯示一個(gè)系統相隔遙遠的不同組成部分能夠瞬時(shí)聯(lián)系。1993年，加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的Raymond Chiao表明，量子理論還允許另一種超光速旅行存在：量子隧穿。德國物理學(xué)家維納·海森堡的測不準原理表明：在一個(gè)系統中，總有某些屬性，在這一情況中是能量的值是不能確定的，只能確定在一個(gè)區間內，因此量子物理學(xué)原理允許系統利用這種不確定性，短時(shí)間借到一些額外的能量。在隧穿的情況中，粒子從障礙物的一面消失又從另一面重現的需要幾乎可以忽略不計。不過(guò)隨著(zhù)厚度增加，粒子隧穿的幾率也就迅速地朝零的方向遞減，但不會(huì )等于0（如若這樣，海森堡原理就會(huì )被反對）。Chiao通過(guò)測量可見(jiàn)光光子通過(guò)特定過(guò)濾器的隧穿時(shí)間，證明了隧穿“超光速”的隧穿效應存在。為此，他讓這些光子與在相似時(shí)間內穿過(guò)真空的光子進(jìn)行比較。結果隧穿光子先到達探測器，Chiao證明它們穿越過(guò)濾器的速度可能為光速的1.7倍。2008年8月，《Nature》雜志上，瑞士的塞拉特等5位科學(xué)家公布了他們的一項最新研究成果：量子信息傳輸速度遠超光速。瑞士科學(xué)家對相互糾纏的光子進(jìn)行了實(shí)驗研究。通過(guò)對其中一個(gè)光子的分析，科學(xué)家可以預測另一光子的特征。在實(shí)驗中，任何隱藏信號從此接收站傳送到彼接收站，僅僅需要一百萬(wàn)兆分之一秒。由此可以推測任何未知信號的傳輸速率至少是光速的1萬(wàn)倍。
測定方法
經(jīng)典物理測定方法
旋轉棱鏡法
旋轉棱鏡法
棱鏡不轉動(dòng)時(shí)，只有八棱鏡的某一面恰好與人射光線(xiàn)成45度角時(shí)，光線(xiàn)能被反射至遠方的反射裝置，反射回來(lái)的光線(xiàn)經(jīng)另一面反射進(jìn)入觀(guān)察者眼睛，觀(guān)察者能看到光源的像。棱鏡以較小的轉速轉動(dòng)時(shí)，光線(xiàn)經(jīng)1號面和反射裝置反射后到達棱鏡時(shí)，3號面已經(jīng)不再與光線(xiàn)成45度角，光線(xiàn)無(wú)法進(jìn)入觀(guān)察者眼睛，觀(guān)察不到光源的像。若緩慢提高棱鏡轉速，當光線(xiàn)反射回棱鏡時(shí)，棱鏡剛好轉過(guò)1/8轉，即2號面轉至原3號面所在位置，則光線(xiàn)又可以進(jìn)入觀(guān)察者眼睛，重新看到光源的像。
棱鏡轉速只有在目標轉速附近極小的范圍內可以看到光源的像，其他轉速下均觀(guān)察不到光源的像。在此實(shí)驗中，實(shí)驗現象稍縱即逝，很難被觀(guān)察到。一旦被觀(guān)察到，對應的轉速會(huì )比較精確，測量結果精度較高。
旋轉齒輪法
旋轉齒輪法
實(shí)驗中選用齒寬和齒間縫寬相等的齒輪，當齒輪勻速轉動(dòng)時(shí)，光線(xiàn)周期性被齒輪遮擋，這些光線(xiàn)由反射裝置反射回齒輪處時(shí)，具有一定的延時(shí)，返回的光線(xiàn)被齒輪部分遮擋，若進(jìn)一步提高齒輪轉速，則齒輪透光時(shí)間和擋光時(shí)間均減小，反射光線(xiàn)中被遮擋的比例增大。當其減小到剛好等于光線(xiàn)反射延時(shí)，反射光線(xiàn)剛好全部被遮擋，觀(guān)察者剛好看不到光源的像。
齒輪轉速在接近目標轉速的過(guò)程中，看到光源的像逐漸變暗，轉速超過(guò)目標轉速后，像又逐漸變亮。在此實(shí)驗中，實(shí)驗現象容易被觀(guān)察到。但在目標轉速附近，像的亮度小到觀(guān)察者無(wú)法識別時(shí)會(huì )和目標狀態(tài)混為一體，于是目標轉速的不確定度便增大了，降低了實(shí)驗精度。
近代物理測定方法
微波諧振腔法
1950 年，埃森（Essen）提出用空腔共振法來(lái)測量光速。原理是：微波通過(guò)空腔時(shí)，根據空腔的長(cháng)度可以求出諧振腔的波長(cháng)，把諧振腔的波長(cháng)換算成光在真空中的波長(cháng)，由波長(cháng)和頻率的乘積可計算出真空中光速。在實(shí)驗中，將微波輸入到圓柱形的諧振腔中，當微波波長(cháng)和諧振腔的幾何尺寸匹配時(shí)，諧振腔的圓周長(cháng)
微波干涉儀法
1952年至1954年，英國國家物理研究所（NPL）的弗洛姆（Froome）用微波干涉儀測定了真空中光速值。通過(guò)微波干涉儀測定波長(cháng)和頻率計算出光速。
光電測距儀法
用光在被測基線(xiàn)(約10km)內的飛行時(shí)間測定，是伽利略試驗的發(fā)展。1949年至1957年，瑞典的貝奇斯傳德采用了光電測距儀的方法，他用經(jīng)過(guò)調制的克爾盒作為光源，用同一振蕩器調制的光電倍增管作為檢測器測定光速。
現代物理測定方法
光拍頻法
CG-V型光速測定儀
用光電檢測器接收這個(gè)拍頻波，即得頻率為拍頻，如果接收電路將直流成分濾掉，即得純粹的拍頻信號在空間的分布。這就是說(shuō)，處在不同空間位置的光檢測器，在同一時(shí)刻有不同位相的光電流輸出，利用比較相位的方法間接測定光速。
光拍頻法測量光速是利用聲光頻移法形成光拍 ，通過(guò)遠 、近光路產(chǎn)生光程差，測量光拍頻率和光拍波長(cháng)，從而間接測定光速的方法。實(shí)驗需要測量的數據為拍頻波長(cháng)。測量時(shí)需要注意要對光路非常熟悉，并且充分理解光的反射路線(xiàn)，否則測量誤差較大。當測出拍頻波長(cháng)后，從數字頻率計讀出高頻信號發(fā)生器的輸出頻率，計算光速。
高精度時(shí)間間隔測量
光速的測定可利用v=l/
相關(guān)理論
光速不變原理
1905年，愛(ài)因斯坦在創(chuàng )立狹義相對論的第一篇論文《論運動(dòng)物體的電動(dòng)力學(xué)》中提出了光速不變公設：“光在空虛空間里總是以確定的速度v傳播著(zhù)，這速度同發(fā)射體的運動(dòng)無(wú)關(guān)”。愛(ài)因斯坦依據邁克爾遜-莫雷實(shí)驗，提出光速不變性（ invariance of light speed，ILS）假設，從而在理論上導出洛倫茲變換，建立狹義相對論（special relativity，SR），揭示了時(shí)空和物質(zhì)運動(dòng)的相對論性。沒(méi)有物體的運動(dòng)速度能夠超過(guò)光速。光速是極限，不存在比光速更快的速度。狹義相對論( SR) 賦予光速非常特殊的性質(zhì)，一是 “光速不變”原理，二是“光速不可超過(guò)”原則。
1887 年，因麥克斯韋的建議，邁克爾遜和莫雷開(kāi)展了一項捕捉以太的實(shí)驗。當時(shí)的物理理論認為，光的傳播介質(zhì)是“以太”，由此產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題：地球以每秒30公里的速度繞太陽(yáng)運動(dòng)，就必然迎面受到每秒30公里的“以太風(fēng)”，從而必然對光的傳播產(chǎn)生影響。這個(gè)問(wèn)題出現以后，立即引起人們探討“以太風(fēng)”存在與否。邁克耳孫－莫雷實(shí)驗就是在這個(gè)基礎上進(jìn)行的。他們在實(shí)驗中沒(méi)能發(fā)現以太，卻發(fā)現了一個(gè)問(wèn)題：伽利略速度疊加原理失效了。邁克爾遜-莫雷實(shí)驗顯示，光速與地球軌道速度疊加，仍然是光速。為了解釋邁克爾遜-莫雷實(shí)驗，菲茲杰拉德提出一個(gè)假設：運動(dòng)物體沿運動(dòng)方向長(cháng)度收縮，收縮率為
光速不變原理又稱(chēng)真空光速極限原理，包含三項內容：光速與光源運動(dòng)與否無(wú)關(guān)；光速與頻率大小無(wú)關(guān)；光速與方向（即接受者的速度）無(wú)關(guān)?，F有光學(xué)實(shí)驗確切驗證了以上內容的前兩項，第三項光速與方向無(wú)關(guān)這點(diǎn)始終未被證實(shí)。利用此原理創(chuàng )立了狹義、廣義相對論及超弦理論。光速極限原理是狹義相對論的預言，已被多個(gè)實(shí)驗證實(shí)，是物理學(xué)基本原理之一。
光速可變理論
2015年1月，英國 Glasgow 大學(xué)的研究團隊經(jīng)兩年半努力做成功一項實(shí)驗，證明光速并非恒定不變，亦即光并不總是以光速傳播，即使在真空條件下也是如此。 研究論文從在預印本網(wǎng)站 arXiv出現到在美國《Science Express》上刊登只經(jīng)過(guò)幾天時(shí)間，而且迅即被各國媒體傳播報導。1月22日，D. Giovannini 等的論文發(fā)表在《 Science Express》上。同日，英國廣播公司(BBC)公布了對學(xué)術(shù)帶頭人 M. Padgett 教授的采訪(fǎng)。 1 月 27 日，中國新聞網(wǎng)發(fā)表一個(gè)簡(jiǎn)短報道，標題是“英國科學(xué)家成功降低真空中光速,或將顛覆 Einstein 理論?！?/span>
在天文學(xué)中，光行差現象早已證明了光速與方向有關(guān)。對3K微波輻射及對射電星系的無(wú)線(xiàn)電波進(jìn)行的觀(guān)測均發(fā)現了在地球運動(dòng)方向有明顯的各向異性。2002 年3月14日出版的《Nature》雜志報道了牛津大學(xué)的C.BIake和J.Wa用美國國家天文臺位于新墨西哥州的甚大陣列射電望遠鏡（VLA）觀(guān)測了發(fā)出強大電波的遙遠射電星系，觀(guān)測結果：他們發(fā)現這些星系發(fā)出的電磁波同樣在地球運動(dòng)方向上表現出了各向異性，這種各向異性與上述宇宙背景輻射在地球運動(dòng)方向上的各向異性是相同的。電磁波（即光波）速度隨觀(guān)測者（地球）速度的不同而發(fā)生變化。這些天文學(xué)實(shí)驗確切地證明了光速與方向是有關(guān)的，因此光速可變是一個(gè)合理的結論。光速可變理論認為光速與接受者密切相關(guān)，即觀(guān)測者的速度將直接影響接受者所測得的光速：與光同向運行的接受者測得的光速要變小。與光逆向運行的接受者測得的光速將要變大。而相對于絕對坐標系而言光速是不變的。
光速相關(guān)的文章
哈馬丹（波斯語(yǔ)： ?????），中亞古城，古稱(chēng)?？税吞辜{（Ecbatana），伊朗哈馬丹省省會(huì )，絲綢之路上的一個(gè)重要站點(diǎn)。人口550,284人（2005年）。根據亞述的歷史記載，哈馬丹建成于約公元前1100年，但是一些歷史學(xué)家認為這個(gè)時(shí)間還可以上推到前3000年左右。哈馬丹曾是米底的首都，也是阿赫美
鋼鐵廠(chǎng)是指生產(chǎn)鋼鐵的廠(chǎng)子，由于舊中國的近代鋼鐵工業(yè)基礎薄弱，產(chǎn)量低，品種少，質(zhì)量差；部門(mén)結構和地區分布很不平衡。1949年鋼產(chǎn)量?jì)H15.38萬(wàn)噸，居世界第26位。
拉斯維加斯（LasVegas）是美國內華達州最大的城市，也是座享有極高國際聲譽(yù)的城市。拉斯維加斯建市于1905年5月15日，因位于內華達州的沙漠邊緣、邊境，所以拉斯維加斯全年高溫。
動(dòng)脈粥樣硬化動(dòng)脈硬化的血管病動(dòng)脈粥樣硬化是一組稱(chēng)為動(dòng)脈硬化的血管病中最常見(jiàn)、最重要的一種。本病多見(jiàn)于40歲以上的中老年人，男性多于女性。人體中正常的血管是富有彈性的，當血管發(fā)生老化、衰退時(shí)，血管內脂肪及類(lèi)脂等物質(zhì)聚集成斑塊，呈黃色粥樣，斑塊越來(lái)越多，會(huì )使血管壁增厚變硬，失去彈性，管腔縮小，形成動(dòng)脈粥樣硬化。動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生在冠狀動(dòng)脈，則可引起心絞痛、心律失常、心肌梗死；還可發(fā)生在腦、腎、下肢動(dòng)脈，
尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫(xiě)！
作者
