從宇宙誕生之初到現在,光的速度有發生過變化嗎?

天文小知識之光速有發生過變化嗎?

光速在真空中是沒有變化的,它是一個物理常數,但是在不同介質中光速會有所“變化”。

什么是介質?簡單點說就是傳播中經過的物質,如水、空氣、玻璃等等。光傳播途中,當經過這些非真空的介質時,光速就會降低。在玻色–愛因斯坦凝聚這種介質中,光的速度可以降至每秒數米。另外,一個極端是在銣的玻色–愛因斯坦凝聚這種奇異介質中,光的速度“完全停止”。然而,光在介質中的降速,純粹是因為光在原子間被吸收后再輻射的延時效果所造成的。

綜上,光速沒有變化,在介質中只是被介質中的原子(電子激發態)現象所“阻擋”了它的速度。具體深入的了解需要用到量子力學…

什么是光速?

任何物質都逃脫不了其有的速度,即便是光也是如此。我們平時看到的光,由于其速度驚人,所以肉眼是無法察覺的。根據狹義相對論,在真空下,沒有任何物質能夠比光還跑得快。可以舉一個經典的例子,雷電,我們會先看到閃電,然后再聽到聲音。這就是因為光的傳播速度遠遠大于聲音的傳播。

光速在物理中是一個常數,國際時間標準上的定義是,在真空中光的速度是不變的,為299792458米每秒。那么問題來了,這是如何測得的?請見下文。

如何測得光速?

最早測定光速的是奧勒·羅默,他于1676年從測量實驗發現光的速度也是有限的。不過,當時的速度值比現在低很多。

此后光速的測定有很多種方法,如光行差、飛行時間法等等。

光行差法是由詹姆斯·布拉德雷在18世紀發現的,其原理是由于遙遠光源(如星體)傳播的速度是有限的,又因為地球是在運動的,所以傳播到地球上的觀測者就會發生位移。見下圖最為明朗,中間的算法就不詳細說明了。

最終的結果是在1729年,布拉德雷用光行差算出,光速比地球公轉速率快10210倍(實際為10066倍)。

另一種方法是飛行時間法,在已知的距離外放下一面反射鏡,再測量光到達鏡子反射回來的時間。這是阿曼德·斐索和萊昂·傅科發明的斐索-傅科儀原理,如下圖所示。

這種方法的精確度比其他現代測量法低(誤差在1%)。

跟隨時代的進步,光速的測定越來越準確。直到1983年國際單位制對米的重新定義把光速固定為一個準確值,299792.458千米每秒。

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