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光速是物理學(xué)中的一個重要常數(shù)，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(xiàn)象中都起著重要的作用。根據(jù)狹義相對論，光速是宇宙中所有物質(zhì)運動的極限速度，任何物體都無法以超過光速的速度移動。此外，光速還與時間、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(yīng)用。例如，在通信領(lǐng)域中，光速是光纖通信和衛(wèi)星通信的基礎(chǔ)。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(xiàn)象都與光速有關(guān)。 總之，光速是物理學(xué)中的一個非常重要的常數(shù)，它與許多定理和現(xiàn)象都有著密切的聯(lián)系，并在許多領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。光速
通用物理常數(shù)
光速是一個物理常數(shù)，指真空中光和其他電磁波的速度。通常以英文字母 c 表示，真空中光速也稱為自由空間中光速。無線電波、X射線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極為密切的聯(lián)系。光速是目前科學(xué)界所發(fā)現(xiàn)的速度極限，根據(jù)狹義相對論光速是宇宙中所有的物質(zhì)運動或能量（以及攜帶的信息）在空間中傳播的速度上限，也是所有無質(zhì)量粒子及對應(yīng)的場波動在真空中運行的速度。這由電子在電子加速器中被加速時的一些實驗結(jié)果得到了證實。在相對論中，光速c與空間和時間相關(guān)聯(lián)，在質(zhì)能等價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(xiàn)以及特定的量子效應(yīng)）。
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，以光速運動的粒子的引力質(zhì)量為0
2．光速是一種標(biāo)量速度，在各個方向上大小相等
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：對于同一個參照系，光速值為常數(shù)，與光源的運動狀態(tài)和方向無關(guān)
不同介質(zhì)
光的波長
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，群速度就會變得很小。所以，在小頻率范圍內(nèi)介質(zhì)的折射率發(fā)生急劇變化是實現(xiàn)光速減慢的關(guān)鍵。
機制原理
一般的牛頓第二定律是：當(dāng)力F作用于質(zhì)量為m的物體上時，所產(chǎn)生的動量mv的變化率等于這個力，即F＝
m=
其中c是光速，m0是粒子的靜止質(zhì)量。設(shè)M＝m-m0是粒子質(zhì)量的增量，則其能量的相應(yīng)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移動，只存在出現(xiàn)與否的差異，這一觀點得到當(dāng)時許多人的支持。古希臘人認(rèn)為，視覺對于光傳播的感知是從眼球指向被觀測物體的。但是亞歷山大的海倫（Heronof Alexandria）認(rèn)為：若當(dāng)真如此，那么光的傳播必然是瞬時的，否則當(dāng)我們睜開眼睛時，又如何能瞬間看到遠(yuǎn)方的星體。伊斯蘭學(xué)者阿爾哈曾（Alhazen）著有《光學(xué)寶鑒》（Book of Optics），他認(rèn)為光是從相反方向傳播而來，是從被觀察物體傳播到觀測者眼中的。
意大利物理學(xué)家伽利略認(rèn)為，只要光的傳播需要時間，人類就能測算出光速。1607年，36歲的伽利略進(jìn)行了世界上第一個測量光速的實驗。他提出通過計量光信號傳播時間來計算光速的方法：一人帶著時鐘和提燈站在一座山丘上，另一人也拿著提燈站在鄰近且距離已知的另一山丘上。第一人打開燈時開始計時，第二人看到光后，打開自己的燈，第一人看到第二人的燈光時，停止計時。為了使光傳播距離較遠(yuǎn)，測定誤差較小，他讓兩個人分別站在兩座山上。由于伽利略測量光速所用的距離過短，不足以精確測量出光線傳播時長，所以實驗以失敗告終。法國數(shù)學(xué)家笛卡爾對此實驗做了進(jìn)一步改良，他認(rèn)為：若光線從太陽或月球傳播到地球需要時間，那月食等現(xiàn)象真實發(fā)生的時刻就會和人類的預(yù)測存在差別。但經(jīng)過多次觀測，仍未發(fā)現(xiàn)任何時滯。事實上，伽利略和笛卡爾的思路是正確的，但由于光線傳播速度極快，穿過月地距離和日地距離的時間十分短暫，當(dāng)時的實驗器材不足以觀測出來。
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(wèi)星法”計算出了光速。他在巴黎對木星的一個衛(wèi)星木衛(wèi)一的掩星研究觀測發(fā)現(xiàn)：它的掩星發(fā)生時間與預(yù)期時間不符。地球靠近木星時，掩星早11分鐘；地球距木星較遠(yuǎn)時，掩星晚11分鐘。并且在地球處于太陽和木星之間時的周期與太陽處于地球和木星之間時的周期相差十四、五天。他認(rèn)為這種現(xiàn)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間為22分鐘。1676年9月，羅默預(yù)言預(yù)計11月9日上午5點25分45秒發(fā)生的木衛(wèi)食將推遲10分鐘。觀測最終證實了羅默的預(yù)言。結(jié)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(xiàn)了恒星的“光行差”現(xiàn)象，以意外的方式證實了羅默的理論。一開始，他無法解釋他觀測到的這一現(xiàn)象，直到1728年，他在坐船時受到風(fēng)向與船航向相對關(guān)系的啟發(fā)，認(rèn)識到光的傳播速度與地球公轉(zhuǎn)速度共同引起了“光行差”的現(xiàn)象。他用地球公轉(zhuǎn)的速度與光速的比例估算出了太陽光到達(dá)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法。
1849年9月，法國人斐索（A.H.Fizeau）用旋轉(zhuǎn)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%以內(nèi)，精確程度滿足最基本的核物理運算的光速值，已經(jīng)在過去50多年內(nèi)設(shè)計了12次實驗。他發(fā)明了6臺精密裝置，最終準(zhǔn)確地測定出光速。并因此獲得了諾貝爾獎。邁克爾遜用一個能夠恒速旋轉(zhuǎn)的引擎驅(qū)動八邊形棱鏡高速旋轉(zhuǎn)，他向棱鏡照射光線，在鏡子旋轉(zhuǎn)到某點時，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(zhuǎn)的鏡子只用遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于1秒的時間就能夠把光線反射回曲面鏡上，然后又繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。曲面鏡從棱鏡的每面都會收到短光脈沖。每個光脈沖經(jīng)過聚焦透鏡的反射，穿過墻洞，傳播到22英里外的圣·安東尼山上。在那里，經(jīng)過第二個聚焦透鏡的反射，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(zhuǎn)鏡上。每個光脈沖不到1/4000秒就完成44英里的路程。返回光線在棱鏡的反射下，就會投射到柵屋墻上的一個點。通過從棱鏡與這一點的角度，邁克爾遜可以計算出光脈沖完成44英里往返路程，鏡子轉(zhuǎn)動的角度，并以此計算出光速。邁克爾遜計算出光速是2.997950377
20 世紀(jì)初，兩位科學(xué)家從理論上推算出光速的數(shù)值。1906 年，羅薩（E.B.Rosa）和竇賽（N.E.Dorsey）發(fā)表了一個準(zhǔn)確的光速值：299784±15 km/s。這個數(shù)值是他們通過測量兩類電單位之比，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)評論此實驗為“整個科學(xué)史上精密研究中完成的最美的實驗之一” 。二人測量的光速值處于當(dāng)時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(jié)果：1924年的結(jié)果為2.99802
20世紀(jì)50年代流行用微波法測定光速，1958年有一個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）米定義咨詢委員會決定以高精度光頻測量和高精度光波長為基礎(chǔ)：取激光波長
但光速還定義著比長度更加基本的東西。阿爾伯特·愛因斯坦（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的速度，還是連接時間與空間的基本常數(shù)，不過，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的。在20世紀(jì)20年代，量子論顯示一個系統(tǒng)相隔遙遠(yuǎn)的不同組成部分能夠瞬時聯(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(zhǔn)原理表明：在一個系統(tǒng)中，總有某些屬性，在這一情況中是能量的值是不能確定的，只能確定在一個區(qū)間內(nèi)，因此量子物理學(xué)原理允許系統(tǒng)利用這種不確定性，短時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(xiàn)的需要幾乎可以忽略不計。不過隨著厚度增加，粒子隧穿的幾率也就迅速地朝零的方向遞減，但不會等于0（如若這樣，海森堡原理就會被反對）。Chiao通過測量可見光光子通過特定過濾器的隧穿時間，證明了隧穿“超光速”的隧穿效應(yīng)存在。為此，他讓這些光子與在相似時間內(nèi)穿過真空的光子進(jìn)行比較。結(jié)果隧穿光子先到達(dá)探測器，Chiao證明它們穿越過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(yuǎn)超光速。瑞士科學(xué)家對相互糾纏的光子進(jìn)行了實驗研究。通過對其中一個光子的分析，科學(xué)家可以預(yù)測另一光子的特征。在實驗中，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1萬倍。
測定方法
經(jīng)典物理測定方法
旋轉(zhuǎn)棱鏡法
旋轉(zhuǎn)棱鏡法
棱鏡不轉(zhuǎn)動時，只有八棱鏡的某一面恰好與人射光線成45度角時，光線能被反射至遠(yuǎn)方的反射裝置，反射回來的光線經(jīng)另一面反射進(jìn)入觀察者眼睛，觀察者能看到光源的像。棱鏡以較小的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時，光線經(jīng)1號面和反射裝置反射后到達(dá)棱鏡時，3號面已經(jīng)不再與光線成45度角，光線無法進(jìn)入觀察者眼睛，觀察不到光源的像。若緩慢提高棱鏡轉(zhuǎn)速，當(dāng)光線反射回棱鏡時，棱鏡剛好轉(zhuǎn)過1/8轉(zhuǎn)，即2號面轉(zhuǎn)至原3號面所在位置，則光線又可以進(jìn)入觀察者眼睛，重新看到光源的像。
棱鏡轉(zhuǎn)速只有在目標(biāo)轉(zhuǎn)速附近極小的范圍內(nèi)可以看到光源的像，其他轉(zhuǎn)速下均觀察不到光源的像。在此實驗中，實驗現(xiàn)象稍縱即逝，很難被觀察到。一旦被觀察到，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速會比較精確，測量結(jié)果精度較高。
旋轉(zhuǎn)齒輪法
旋轉(zhuǎn)齒輪法
實驗中選用齒寬和齒間縫寬相等的齒輪，當(dāng)齒輪勻速轉(zhuǎn)動時，光線周期性被齒輪遮擋，這些光線由反射裝置反射回齒輪處時，具有一定的延時，返回的光線被齒輪部分遮擋，若進(jìn)一步提高齒輪轉(zhuǎn)速，則齒輪透光時間和擋光時間均減小，反射光線中被遮擋的比例增大。當(dāng)其減小到剛好等于光線反射延時，反射光線剛好全部被遮擋，觀察者剛好看不到光源的像。
齒輪轉(zhuǎn)速在接近目標(biāo)轉(zhuǎn)速的過程中，看到光源的像逐漸變暗，轉(zhuǎn)速超過目標(biāo)轉(zhuǎn)速后，像又逐漸變亮。在此實驗中，實驗現(xiàn)象容易被觀察到。但在目標(biāo)轉(zhuǎn)速附近，像的亮度小到觀察者無法識別時會和目標(biāo)狀態(tài)混為一體，于是目標(biāo)轉(zhuǎn)速的不確定度便增大了，降低了實驗精度。
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測量光速。原理是：微波通過空腔時，根據(jù)空腔的長度可以求出諧振腔的波長，把諧振腔的波長換算成光在真空中的波長，由波長和頻率的乘積可計算出真空中光速。在實驗中，將微波輸入到圓柱形的諧振腔中，當(dāng)微波波長和諧振腔的幾何尺寸匹配時，諧振腔的圓周長
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。通過微波干涉儀測定波長和頻率計算出光速。
光電測距儀法
用光在被測基線(約10km)內(nèi)的飛行時間測定，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)過調(diào)制的克爾盒作為光源，用同一振蕩器調(diào)制的光電倍增管作為檢測器測定光速。
現(xiàn)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，處在不同空間位置的光檢測器，在同一時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 ，通過遠(yuǎn) 、近光路產(chǎn)生光程差，測量光拍頻率和光拍波長，從而間接測定光速的方法。實驗需要測量的數(shù)據(jù)為拍頻波長。測量時需要注意要對光路非常熟悉，并且充分理解光的反射路線，否則測量誤差較大。當(dāng)測出拍頻波長后，從數(shù)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，愛因斯坦在創(chuàng)立狹義相對論的第一篇論文《論運動物體的電動力學(xué)》中提出了光速不變公設(shè)：“光在空虛空間里總是以確定的速度v傳播著，這速度同發(fā)射體的運動無關(guān)”。愛因斯坦依據(jù)邁克爾遜-莫雷實驗，提出光速不變性（ invariance of light speed，ILS）假設(shè)，從而在理論上導(dǎo)出洛倫茲變換，建立狹義相對論（special relativity，SR），揭示了時空和物質(zhì)運動的相對論性。沒有物體的運動速度能夠超過光速。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”原則。
1887 年，因麥克斯韋的建議，邁克爾遜和莫雷開展了一項捕捉以太的實驗。當(dāng)時的物理理論認(rèn)為，光的傳播介質(zhì)是“以太”，由此產(chǎn)生一個問題：地球以每秒30公里的速度繞太陽運動，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。這個問題出現(xiàn)以后，立即引起人們探討“以太風(fēng)”存在與否。邁克耳孫－莫雷實驗就是在這個基礎(chǔ)上進(jìn)行的。他們在實驗中沒能發(fā)現(xiàn)以太，卻發(fā)現(xiàn)了一個問題：伽利略速度疊加原理失效了。邁克爾遜-莫雷實驗顯示，光速與地球軌道速度疊加，仍然是光速。為了解釋邁克爾遜-莫雷實驗，菲茲杰拉德提出一個假設(shè)：運動物體沿運動方向長度收縮，收縮率為
光速不變原理又稱真空光速極限原理，包含三項內(nèi)容：光速與光源運動與否無關(guān)；光速與頻率大小無關(guān)；光速與方向（即接受者的速度）無關(guān)?，F(xiàn)有光學(xué)實驗確切驗證了以上內(nèi)容的前兩項，第三項光速與方向無關(guān)這點始終未被證實。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(yù)言，已被多個實驗證實，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(tuán)隊經(jīng)兩年半努力做成功一項實驗，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(yù)印本網(wǎng)站 arXiv出現(xiàn)到在美國《Science Express》上刊登只經(jīng)過幾天時間，而且迅即被各國媒體傳播報導(dǎo)。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。 1 月 27 日，中國新聞網(wǎng)發(fā)表一個簡短報道，標(biāo)題是“英國科學(xué)家成功降低真空中光速,或?qū)㈩嵏?Einstein 理論。”
在天文學(xué)中，光行差現(xiàn)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線電波進(jìn)行的觀測均發(fā)現(xiàn)了在地球運動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(yuǎn)鏡（VLA）觀測了發(fā)出強大電波的遙遠(yuǎn)射電星系，觀測結(jié)果：他們發(fā)現(xiàn)這些星系發(fā)出的電磁波同樣在地球運動方向上表現(xiàn)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方向上的各向異性是相同的。電磁波（即光波）速度隨觀測者（地球）速度的不同而發(fā)生變化。這些天文學(xué)實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合理的結(jié)論。光速可變理論認(rèn)為光速與接受者密切相關(guān)，即觀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(biāo)系而言光速是不變的。
光速相關(guān)的文章
哈馬丹（波斯語： ?????），中亞古城，古稱?？税吞辜{（Ecbatana），伊朗哈馬丹省省會，絲綢之路上的一個重要站點。人口550,284人（2005年）。根據(jù)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(rèn)為這個時間還可以上推到前3000年左右。哈馬丹曾是米底的首都，也是阿赫美
鋼鐵廠是指生產(chǎn)鋼鐵的廠子，由于舊中國的近代鋼鐵工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，產(chǎn)量低，品種少，質(zhì)量差；部門結(jié)構(gòu)和地區(qū)分布很不平衡。1949年鋼產(chǎn)量僅15.38萬噸，居世界第26位。
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒寫！
作者
