人类目前都没有实现超光速,那么光速是如何被测量的哪?

19世纪末迈克尔逊-莫雷实验并没有如大家所预想的那样,证明宇宙中以太的存在。这变成了开尔文口中经典物理学大厦天口中的漂浮的一朵乌云,正在大多数科学家试图从实验误差中找原因的时候,爱因斯坦横空出世在1905年提出狭义相对论,认为以太不存在,并且是光速不变的。因此是光速不变这是一种理论上的限制,并非是人类技术上达不到。

爱因斯坦关于不能超光速最准确的描述如下:

有静止质量的物体永远达不到光速,理论上只能无限接近于光速,光子没有静止质量可以为光速;

信息的传递速度不能超光速,只能等于光速,例如现代的各种通信极限就是光速。

而宇宙中目前公认的两个超光速现象,一个是宇宙的膨胀速度超光速,一个是量子纠缠的速度超光速。但是这两个超光速第一个膨胀的是空间,并非是物质。第二个量子纠缠并不能传递信息,所谓的量子通信实际上是一种密保。

光速的测量历史-并非是大家想象中那么简单

现在我们知道真空中光速大约为30万公里每秒,这个速度可以一秒钟绕地球七圈半,到月球也仅仅一秒钟多一点。可想而知测量它是有多难,但是这些都难不住前辈科学家们的智慧。

1.伽利略光速测量

简单来理解这个过程,伽利略找了两座相距很远但是可以相互望见的高山。同时找了三个助手两两一组,各准备一个改造好的煤油灯,上边带着滑盖可以上下滑动遮挡光源。具体过程如下,A座山上的人打开光源、B座山上的人看见光源迅速也打开光源、之后A座山上的人看到B光源关闭自己的光源。就这样机械地重复着动作,最后记录好时间。用距离除时间直接得到光的速度。

但是结果我们可想而知,由于误差很大,人为因素影响下结果相差甚远,但是伽利略的这次行动敲响了光速测量号角。

2.最成功的光速测量方法

这个测量办法是由法国物理学家菲索想出来的,当齿轮不转动的时候,光线射出从镜子反射回来再通过原来的齿轮缝隙射入到我们眼睛。当快速转动齿轮的时候,有一种情况那就是光线从该齿轮缝隙射入,再次返回的时候正好齿轮转了整圈,光线依旧从该缝隙返回。所以接下来要做的就是不断的加大齿轮数和齿轮与镜子的距离。

最终菲索当把齿数增加到720,光源距镜子的距离达8公里之遥,齿轮的转数达到12.67转每秒,最终测出了光的速度为31.5万公里每秒。这个误差已经是非常的小了接近真实值。

而后来随着电磁学的发展麦克斯韦预言了电磁波的存在,震荡的电场产生震荡的磁场,震荡的磁场产生震荡的电场,最后一点点传播下去。电磁波的速度等于频率乘以波长,最终计算出了电磁波的速度30万公里每秒,这个数值引起大家注意因为跟测量的光速31.5万公里每秒非常近似。最终科学家发现光就是电磁波的一种,光速测量至此为止,因为是可以计算出来了。


文/科学黑洞,图片来源网络侵删