光在空气和真空的传播速度,光在真空的传播速度约为什么

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-09-05 23:00:54

稍微有点物理常识的读者都知道光速不因观察者而改变。

光速不变也是狭义相对论的基本预设,如果这个预设是错误的,那么相对论就不复存在了。

最早预言“光速不变”的是麦克斯韦,这一论述最早出现在1864年,他发表名为《电磁场的动力理论》的论文指出:电场和磁场已波的形式以光速在空间中传播。

虽然麦克斯韦的电磁理论预示着光速不变,但是由于麦克斯韦自身受限于以太学说,并不能深刻认识到光速不变是客观独立的。

光在空气和真空的传播速度,光在真空的传播速度约为什么(1)

麦克斯韦

在等效原理被提出之后。时空弯曲,引力波的概念应运而生。

广义相对论是和牛顿力学存在根本性矛盾的,不过弱引力场上,其应用结果与牛顿力学相差微弱。

而地球上,乃至整个太阳系都可视为弱引力场。所以牛顿力学依旧有重要的地位。

广义相对论和牛顿力学的根本性矛盾主要体现在下面

牛顿力学:引力是瞬时的(不含时),这种超距作用在以太中得以实现(以太是引力的传播介质)

广义相对论:引力的传播无需引入一个假象物充当介质,引力是非瞬时的,它的速度是光速,引力是时空弯曲的表象。

光在空气和真空的传播速度,光在真空的传播速度约为什么(2)

其实本质差异就无非两点:

【一】:引力不再是不能追溯因果的自然现象,取而代之的是有质量的物体弯曲了时空。

【二】:引力的作用被光速束缚,引力也无法突破光速,或者说引力的速度就是光速。

看到这里,有物理直觉的读者一定为追问:为什么引力的速度严格等于光速,这里面必然有更深层次的原因

在这里我必须声明:在天文实际测量中,并没有得到引力完全等于光速的结论,这其中最大的原因来自于误差。

引力的速度等于光速在理论上是相对论推出的必然结果,几乎所有科学家都认同这一结果。

在2017年8月17号,天文学家接收到1.3 亿光年外两个中子星合并分别发出的引力波和电磁信号。

按照科学家的预期,他们应先接收到引力波。

光在空气和真空的传播速度,光在真空的传播速度约为什么(3)

果不其然,在接收到引力波后的1.7秒才接收到中子星合并发出的电磁信号。

中子星合并的引力波和电磁波在长达亿年的时间尺度上传播,最后抵达地球只相差1.7秒,其误差在1:10∧15。

这种误差很好理解,因为星际物质不会延缓引力的传播,而会“延缓”光的传播。毕竟光在水中和空气中的传播速度都会比真空中慢。

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