为什么光速是每秒30万km而不是35万?是什么限制了光的速度?

无敌肉多多


感谢这位网友的提问,其实光速并不是30万公里每秒,而是299792458...m/s。为了简单表述,我们一般近似地认为光速为30万公里每秒。

我们知道真空中的光速是一个常量,可以利用麦克斯韦方程组计算出来,真空的光速由真空的介电常数可以导出。


正是由于光速的不变性,我们才可以设定了1米的概念,也就是说一米等于光在1/299792458秒所行走的路程。

人类最早得知光速是在19世纪。可是度量距离和时间的单位早已根深蒂固。


如果人类一开始就知道光速,那么可以将其设定为1m/s,而我们常用的距离单位就是现在的一米的3亿分之一了。我们可以将一米的3亿分之一设定为1ж,于是你就有会问为什么光速是3亿ж/s。

所以距离和时间是人类最早发明的度量工具,光速具体数值并没有多大意义值得讨论。

既然相对论以光速不变为公设,那为什么光在空气中,水中和玻璃中的速度会变慢?

其实光速并没有变慢,而是光遇见物质后会被其原子内的核外电子吸收,吸收光能量的电子处于激发态,又会释放了光子,于是光在被吸收再释放的过程中浪费了时间,导致光速在空气中宏观速度变慢了!


科学认识论


分析题目可以看出题主有两个意思。

第一个意思就是光速为什么是整30万千米/秒,而不是35万或者非整数。这有两个原因,一个是人们规定1米就这么长,1秒就这么快,如果人们重新规定米和秒的长短,那光速就不是30万千米/秒了,另一个就是光速实际上本身就不是整30万千米/秒,它在真空中的速度为299792.458千米/秒。

那题主的第二个意思就是光速为什么是30万千米/秒的常数?而不能更大或无限大?实际上光速是个常数的结论最早是从麦克斯韦联立方程组得到的,麦克斯韦预言电磁波的存在,并且得到它的传播速度为V0=1/√ε0μ0,(其中V0为电磁波速度,ε0为真空介电常数,μ0为真空磁导率,皆为常数),经计算得到的数值与当时测得的光速刚好一样,于是他大胆断定光也是一种电磁波,它们的速度是个常数。但麦克斯韦的电磁理论并不符合伽利略相对性原理,光速是个常数与伽利略变换相矛盾。爱因斯坦在认真思考后认为相对性原理应该是个普遍性原理,而光速不变应该上升为一个原理,伽利略相对性原理是不完善的,它只是个关于空间的相对性原理,缺少了时间相对性,于是他把这个相对性原理进行了推广。最后提出狭义相对论。认为光速与光源的运动状态无关,光速对于任何惯性系都是不变的,任何物体的速度都不会超过光速,包括光子本身。

光具有波粒二象性,光子是个能量子,它的静质量为0,根据质速效应公式:

(m为光子动质量,m0为光子静质量,V为光子速度,C为光速)可以看出,m0为0,则光子的动质量m也为0,可见光子自始至终没有质量,没有质量,运动中就不会消耗能量,无论多小的能量对于0质量都是无限大,而无限大的能量就会让物体(光子)达到最高速,因此光速就成了最高速。这个速度的大小就是299792458米/秒。实际上任何物体得到无限大的能量来加速都会达到最高速,只不过恰巧光子的质量为0,容易得到无限大能量;而普通物质有质量,不可能得到无限大能量而已。

既然是无限大能量来加速,为什么光速不是更大或无限大?因为再大也得有个具体数,有了具体数,就肯定还有比它更大的,除非是无限大。但无限大只能出现在数学上,在现实上物理上是不存在的,所谓无限大能量也是相对而言。因此光速不能无限大。再者从上面所述可知,不能单说光,任何物体的速度都不能无限大,如果物体的速度无限大,那么将超出时空界限,什么物体也不以时空方式存在了,因果关系也不会存在。因为时空随物质运动速度的加大会出现“钟慢尺缩”现象。任何物体运动速度达到光速时,时间和空间都不存在了,包括光在内。零时间就意味着光在传播中不消耗时间,意味着物质静止不变,保持原状,所以光速不变。光速与时空紧密相连。


物原爱牛毛1


这个问题其实涉及到米的定义和光速的联系

米这个单位是一个国际长度单位,中国有些地方也叫公尺。

1米最初的定义是通过巴黎的经线到北极点距离的千万分之一,后来觉得地球的表面就是不规则的,地球也不是一个标准的球体,对于巴黎到北极点的地表扁率拿不准,这个定义的米也就是不准的。

于是,科学家又重新用铂铱金属制作成一根棒子,考虑到这根棒子在温度不同是也会热胀冷缩,改变米的精度,于是就规定长度为冰熔点温度时的铂铱合金的长度,并把这根棒子称为“米原器”。注意,这次的定义真实的长度和上一次的定义几乎一样,基本原因就是要考虑习惯而已,还有和之前这个定义息息相关的很多规定,不然会引起社会混乱的。

这个很好理解,如果新定义的米和旧的有明显出入,那么之前所有的长度量的值将全部需要重新修正,之前所有的长度量的计量器具需要全部重新校准或干脆作废重造,这个任务完全无法想像。

再后来,到了1960年,国际计量单位又用氪原子某一个能级辐射的真空波长的1650763.73倍定义为1米,又因为氪原子不容易取得。在1983年,国际计量单位又改了,这次改的标准——就是光在真空中行进


秒的距离定义为“1米”,这个定义一直在今天使用。

而实际上,在1970年代,光速的测量已经很精确了,注意一点:光速是依据米原来的定义测量出来的,理解这一点十分关键。

这里有些逻辑上的思考,光速由米原来的定义来规定,测量出来的光速又反过来定义米?这什么操作???

其实科学家一直改来改去的米新的定义,都是通过旧的去规定新的的,关键原因就是前后定义米的不能有什么明显的差别——即我们现在用光速定义的米和最初的经线长度千万分之一的差别并不大,也不能有什么大的差别。

说了这么多,就是想告诉你,你为什么是299792458m/s,追溯原因就是原来的米定义也就那么长,都是为了不麻烦,不引起社会混乱。

假如你最初定义的米只是现在的一半长,那光速就是现在的两倍,记住,这只是形式上改变了,绝对的真实速度还是那么多。

总之,就是历史原因了。就像你问为什么太阳要从东边升起,为什么不能从西边?其实就在于我们历史上把太阳升起的地方称为东边,如果历史上称为西边,那么现在我们说的就是太阳从西边出来,这是一个逻辑问题,仔细想想就懂了。

最后说一点,光速是有限的,至于什么限制了光速?物理学还没发展到解释这个原因时候,或许是我们宇宙的时空结构固有的特性?或许是三维世界本来的一个参数,在更高维度就不是呢?……

但无论什么原因,光速也不可能是无限的,它只是一个相对参数,就像其他万有引力常数,普朗克常数一样。


挡不住的熵增


真空中的光速是一个常数,大约是每秒30万公里,精准值是299792458...米每秒。这个值可以从麦克斯韦方程组中直接求出来,取决于真空磁导率和真空电容率。

而追问到底,这些物理常数是如何来的,或者说为什么存在这些常数。很遗憾,这个问题无法回答,就好似你玩一场游戏,这个游戏势必需要一些前提规则,而这些规则就是人为设定的。为了便于理解,你可以把我们的宇宙也理解为一场游戏,因此它必须存在一些规则,至于这个规则为什么是这样,对于游戏中的人物来说,这是不可能知晓原因的。

而科学理论就是依据这些客观存在的事实,进行合理的逻辑思考加上严谨的数学手段得出的。说到底,物理其实不是去解释宇宙,而是描述宇宙,依据一些既定的事实,总结出规律,进而在做一些类似现象的解释或者其它预言。反倒是数学这门学问,似乎更加接近真理。

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赛先生科普


光速是物理学中的重要常数,也是我们宇宙中物质运动的最快速度;光速本质上是测量出来的,属于物理学常数,至于为什么是这个数值,目前没有理论能够解释。


我们世界的一切物质,都由一些基本粒子组成,粒子之间的联系通过基本力传递,所以基本粒子加上四种基本力,就组成了我们宇宙的一切。

描述这些基本粒子性质的理论,叫做标准模型理论,该理论还能解释除引力外的另外三种力,虽然标准模型还存在不足,但它确实是一个非常成功的理论。


不过标准模型还存在一个问题,就是该理论可调节的常数非常多,大约有20个,光速是相对论中的常数,这些常数在理论上都是可调的,也都需要我们在实验中进行测量,才能得到这些常数的数值。

基本理论中出现那么多自由常数,这是非常不可思议的事,我们完全弄不懂这些自由常数本质上代表了什么,又是什么机制导致这些常数是这个值?


比如光速大约是30万公里每秒,如果这个数值再大一点,相对论也会成立,只是在其他理论中也会进行微调,这在数学上是完全允许的。

其他自由常数也出现同样的情况,至于其中的本质原因,目前谁也解释不清楚,反正在我们宇宙中,光速就是这么多。


在宇宙学中,有些人为了解释这样的尴尬局面,提出了“人择原理”,说宇宙本质上允许物理学常数是各种各样的数值,但只有这些数值在合适的组合下,才能在宇宙中形成丰富的元素、恒星,然后才能演化出生命,也才有了我们来询问这个问题。

或许就有无数个平行宇宙,每个宇宙中的物理学常数不一样,只有部分宇宙才能演化出生命,我们宇宙就是其中之一,那么试图去解释光速为什么是这个数值,就没有太大的意义。


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艾伯史密斯


这个问题很有意义。什么是速度?答:距离除以时间。什么是时间?答:人为定义的,其实质是什么没答案。通常理解为物质的变化过程。更可怕的问题:什么是距离?什么是空间?你可能自认为很清楚的概念,真的吗?回想一下,几百年前,人们是多么确信"上和下"这种概念,现在还有人会认为宇宙有上和下之分吗?这些概念实质上都是为人服务的,不是客观存在! 现在你还会坚持"大和小"或"远和近"的概念,对吧。问你拿一包棉花撞玻璃厉害?,还是用小榔头厉害,显然取决于"质量"而不是"大小"。空间,距离都是对人有用的概念,但不是客观的。速度也是有用的,也不客观。所以光速30万也不客观。补一句:空间是反物质!


准长



光速的测定,是一个漫长而复杂的过程,从1607年伽利略最早测定光速开始,到1972年 测得了光在真空中传播速度299792457.4±0.1 米/ 秒。1973年国际计量局决定真空中光速为299792458米/ 秒,这是通过高精度光频测量和高精度光波长测量,即通过标量方程c = λf求出来的。



因此我们知道,光在空气和真空中的速度是每秒30万公里,。

如果介质改变,比如光在水或玻璃中因为折射速度就会变慢,认识到折射率对于光速的影响后,科学家们通过试验,基本可以将光速控制在某个区间,于是慢光、极慢光等试验时有明证,其实,从波粒二象性观点出发,光也是一种粒子,当粒子的能量会发生变化时,光速也将减小。


一路鸣鸿


光速不变原理是以公理作为狭义相对论的出发点,是一种基本假设,当然这种假设是有证据的,比如联立麦克斯韦方程组求出的解,代表的就是光速是一个定值。光速C的近似值是30万公里每秒,目前来看,没有发现任何信息、能量的传递是超过这个值的,都是低于这个值或等于这个值,比如电磁波的传递信息的速度就是光速。

有的人会问,宇宙中会有比光速还快的信息传递速度吗?是什么限制了光速呢?

没发现还有比光速还快的信息传递速度,没有什么限制光速,这是自然界与生俱来的,就好像质量、能量总是能自发的扭曲时空一样,为何不能超越光速来传递信息呢,因为这会破坏狭义相对论中的因果关系,也就是原因与结果的顺序问题,导致结果可能会先于原因发生,这个方面的研究,关于反因果的研究,世界上也有著名的物理学家在研究着。只有时空的对称性被破坏了,才有可能发生信息传递超光速的现象。

个人的浅见,你们有什么要补充说明的嘛?


科幻船坞


无人能够解释!这世界有太多的为什么,所有人都无法作答! 那么咱们展开思想实验,假如光速是无限快的,那么这宇宙会怎么样?至少在地球上看来,没有夜晚!没有夜晚,会不会孕育不出生命?没有生命,这个宇宙存在是否有意义?

假如一个大神级文明掌握了光武器,光速又是无限快的那会怎么样?巨大的光柱往四面八方扫一圈,一瞬间,宇宙中就孤零零的存在他们一个星球!

所以光速不可能无限快!

同理,无限慢速度的宇宙,也不可能存在!故光速应该是一个常数,不可变!

那么再来讨论一下光速,为什么是30万公里每秒呢?30万公里每秒在宇宙尺度下,是一个很低很低的速度,低到可以使弱小的文明,得以发展,残喘!但也可能阻碍了,我们与外星的沟通,两个文明的碰撞,阻碍了单个文明的快速发展!使得我们所有生命体局限在物理法则中!如果多个文明一同分享最前沿的科学理论,这完全可能突破物理法则,甚至掌控物理法则!

那为什么不是,35万公里每秒,我想这个数字不要太纠结了,因为,我们的米尺定义稍微打点折扣,光速就能被计算为35甚至45 55 105万攻击每秒!这完全取决人,人类对长度单位的定义,就像时间被定义一样!


Edward781929


光速不变是假设的。基于这个假设,建立了相对论。


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