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光速为每秒30万公里而不是其它数值,难道宇宙被限制住

发布日期:2020-07-23 00:46   来源:未知   阅读:

我们知道真空中光速大约为每秒30万公里(实际上是每秒299792458米)。但光速为什么是这个数值而不是其它数值呢?难道宇宙被什么限制住了吗?光速的发现

第一个认识到光确实有速度的人是天文学家奥勒?罗默。在17世纪晚期,他痴迷于木星卫星木卫一的奇怪运动。每隔一段时间,这颗巨大的气态行星就会挡住我们看到它的“小月亮”造成月食,但是月食之间的时间似乎在一年中有所变化。要么是木卫一的运行轨道发生了一些奇怪的事情,要么是有其他事情正在发生。

经过几年的观察,罗默得出了结论。当我们看到木卫一“月食”时,我们处于自己绕太阳轨道的某个位置。但当我们下次再看到另一次“月食”时,我们的位置略有不同,可能比上次离木星近或远。如果我们比上一次看到食的位置要远一些,那就意味着我们要多等一点时间才能看到下一次月食,因为光线到达我们身边的时间要长得多。光速的测量

在接下来的几个世纪里,持续的测量巩固了对光速的认识,但直到19世纪中期,事情才真正开始出现转机。就在那时,物理学家詹姆斯?克拉克?麦克斯韦意外地发明了光的方程。

麦克斯韦一直在研究当时人们还不太了解的电和磁现象,后来他发现了一个统一的图像,可以解释所有不同的观察结果。在这些方程中,他发现变化的电场可以产生磁场,反之亦然,这为我们现在所理解的电磁力奠定了基础。

当他开始计算这些所谓的电磁波的速度时,麦克斯韦得到了几个世纪以来科学家们一直在测量的光速。因此,光是由电磁波构成的,它以这样的速度传播,因为这正是电磁波在空间传播的速度。

这一切都很好,直到几十年后爱因斯坦出现并意识到光速与光完全无关。在爱因斯坦的相对论中,光对任何参考系来说都是恒定的。但是爱因斯坦的理论并没有说这个数字是多少,他将相对论应用到旧的麦克斯韦方程上,发现这个转换率正好是光速。

当然,这个转换率,这个统一时空的基本常数,爱因斯坦并不关心它是多少,它只是一个数。事实上麦克斯韦已经计算出了这个数并且在不知情的情况下发现了它。但为什么是这个值,而不是其他随机数呢?为什么大自然选择了这个而没有选择其他的?光速的意义

光速是有单位的,但是在物理学中,我们更关心没有单位或维度的常数,换句话说,出现在物理理论中的常数只是简单的数字。这些看起来更基本,因为它们不依赖于任何其他的定义。另一种说法是,如果我们遇到某个外星文明,我们将无法理解他们对光速的测量,但当谈到无量纲常数时,它们只是个数字。

其中一个数字被称为精细结构常数,它是光速、普朗克常数和自由空间的介电常数的组合,它的数值大约为0.007。如果你改变光速,你就会改变精细结构常数。但是我们的宇宙选择了大约0.007的精细结构常数,这就是我们生活的宇宙,我们别无选择,因为这是固定的,而且是普遍的。

那么为什么精细结构常数就是这个数,而不是别的什么呢?我们也不知道。