人類對于光速的認識經(jīng)歷了漫長的一段過程,,在17世紀之前人們認為光速無限大,,后來天文學家通過天文觀測證實光速是有限的,,再后來物理學家通過實驗測出光速大約為30萬千米/秒,。 光速蘊含著宇宙的秘密。到了1905年,,阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)提出了狹義相對論,,人類對于光速才有了根本的認識。愛因斯坦認為,,空間和時間是相對的,,光速是連接這兩者的常數(shù)。 現(xiàn)在我們都知道,,光的速度是恒定的,,沒有什么東西能比光速更快。不過,,這樣的表述不完全準確,。其真正涵義是,任何攜帶信息和能量的物質都不可能超越真空中的光速,。真空中的光速為299,792,458米/秒,,事實上這個數(shù)值是人為定義的,沒有任何的誤差,。 光在通過介質時,,其運動速度會減慢。例如,,當光通過玻璃時,,其速度降至真空的三分之二。即使是在空氣中,,光的速度也會輕微減慢,。這種現(xiàn)象與光的本質有關,因為它是一種電磁波,。 當光通過介質時,,其電磁場會擾動與之接觸的帶電粒子。然后這些擾動使介質中的帶電粒子以相同的頻率輻射出光,,但這個電磁波與之前的相比存在一個相移,。由這些擾動產(chǎn)生的電磁波與原先的入射電磁波相疊加,,使波長變短,但頻率不變,,從而速度減慢,。簡而言之,光波與介質中的帶電粒子發(fā)生作用,導致光速放慢,。 有趣的是,,物質的運動速度可以超過介質中的光速。事實上,,當來自深空的帶電粒子(宇宙射線)穿過地球大氣時,,它們的行進速度比空氣中的光速還快,此時會產(chǎn)生發(fā)出淡藍光的切倫科夫輻射,。 盡管擁有靜止質量的物質無法超越真空中的光速,,但時空本身是一個例外。通過觀測,,天文學家發(fā)現(xiàn)距離越遠的星系遠離我們的速度越快,。由于宇宙的年齡為138億年,我們只能看到138億光年之內的星系,。而在138億光年之外的星系,,是以超光速在遠離我們而去,我們永遠也看不到它們,。這里之所以會出現(xiàn)超光速的情況,,是因為時空本身在不斷膨脹,因此與狹義相對論并不矛盾,。事實上,,可觀測宇宙的跨度達到了930億光年。 另外,,我們可以用光來表示從一個地方到另一個地方需要多長時間: 從地球到月球:1.255秒,; 從地球到太陽:8.3分鐘; 我們的太陽到距離最近的恒星(半人馬座α星):4.24年,; 跨越我們的銀河系:10萬年,; 從我們的銀河系到距離最近的螺旋星系(仙女星系):250萬年; 從地球到光的盡頭:138億年,。
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