光速恆定的根本原因是什麼?光速爲何不隨光源運動而變化

光速為什麼恆定呢?無論光源運動多快,永遠是約30萬公里每秒?光速恆定,是愛因斯坦相對論的重要理論基礎。因為它可以被當作一項公理,所以沒有想過去證明它。

光速恆定的根本原因是什麼?光速為何不隨光源運動而變化

光速為何恆定

其實,這是可以證明的。現在就來解釋,為什麼光速會恆定為30萬公里每秒,而跟光源的運動速度無關,並且證明光速也跟測量者的運動速度無關。

光速恆定表現在無論觀測者運動速度是多少,他測出的光速永遠是c。如果一個以c高速向前運動的人,來測量一束同向光線的速度,按照常理,他應該是與光線同速並行,測出的光速應該是0。可是,他測出的光速並不是0,而是c。

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光速恆定的內在原因是什麼

為什麼會發生這種事情?原因在於:時間是隨著測量者運動速度變化而變化的。這可以解釋光速為何不隨測量者的運動速度變化而變化(兩者同向時)。相對論已經有了時間會隨測量者運動速度變化而變化的推論。當速度增加時,時間會變得緩慢。

光速是不會隨著光源運動速度改變而改變的。這是一個非常奇特的事實。一艘靜止的飛船上發出一束光,光速為c,同時一個人以10公里每秒的速度在飛船內向前運動。

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光源的運動對光速沒有影響

當飛船加速到以20公里/秒飛行時,按照經典伽利略變換規則,這時那個人的速度相對靜止地面的速度是20+10=30公里每秒。光速相對於靜止地面的速度應該會增加到c+20公里每秒。為什麼光速還是c不變呢?

只能有一個解釋。光束的運動必定有一個特殊的機制。正是這個機制,使得光源在運動時,也無法超過c的限制。又是這個機制,使得光束一經發出,又自動達到c,不會多一點,也不會少一點。

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神秘的光速

這個特殊機制到底是什麼呢?根源在於發生於一百四十億年前的宇宙大爆炸。宇宙創世之初的大爆炸,發出了無數的高能射線,這些射線直到現在都沒有消失,一直瀰漫在宇宙中的每一個地方。其初始速度就是現在的光速:約30萬公里每秒。

此後這個速度就再也沒有變過,形成了現在遍佈宇宙每個方向每個角落的宇宙微波背景輻射。它製造出一個充滿宇宙的大電磁場。只要光源在這個電磁場中振動,立刻就能被充滿宇宙的電磁輻射加速到30萬公里每秒。

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光速會變化嗎?

正是這個宇宙輻射電磁場的存在,使得光線以精確的光速傳播。宇宙輻射電磁場裡充滿了電磁量子。這些能量子就是電磁波得以迅速傳播的介質。電磁波就是通過它們來傳遞能量與波動。瀰漫於宇宙的電磁輻射能將任何剛剛由電磁振源發射出的電磁波加速為30萬公里每秒。

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宇宙定義了光速

宇宙的原始大爆炸產生的輻射,其速度多少是關鍵。決定了現在所有電磁波的速度。如果這個原始速度是60萬公里每秒,那麼我們的光速常數c就不是30萬公里每秒了,而應該是60萬公里每秒。

可以肯定,在其它奇點大爆炸而產生的宇宙裡,光速常數將是形形色色的其它數字。我們所處的宇宙的光速常數一直是約30萬公里每秒,完全是一個非常偶然狀態下形成的結果。

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