光速一定是宇宙中最快的速度吗(宇宙中光速是最快的吗)
人类确定光的速度值,经历过一个漫长的过程,时间大约为上千年。在此期间,人们从发现光、认识光、了解光、研究光,直到测算出它的速度,经历了无数挫折,走了很多弯路,当然,得出了数值也越来越接近。
伽利略测量光速的方法
起初,人们认为光的速度是无限的,就是无限快,没有具体的数据。当然,这种认知是错误的,除了宇宙是无限大之外,宇宙中的其他物质的各种性能都是有限度的,不可能无限大或无限小,无限快或无限慢。另外,宇宙中的任何物质,都是有寿命的,包括宇宙也有寿命。不可能无限长,永远“活”下去!比如太阳,它的寿命是100亿岁,到了燃料耗尽的时候,太阳也就寿终正寝了。再如地球,它的寿命是90亿岁,目前是“地”到中年,它的寿命还剩下44亿年。即使是宇宙,也是有寿命的,目前宇宙已经138亿岁了,它还剩下约500亿年的岁月。
时光扭曲,光也跟着扭曲
同理,光也是有寿命的,既然有寿命,那么它肯定也是有一定的速度的。虽然最初物理学家们对此进行过激烈的争论,但光有速度,却是一个不可争辩的事实。天文学家们测量光速,最初是通过木星的两个卫星木卫一和木卫二的移动距离和所用的时间来测算的。当然,最简便、最直接的测量办法还是伽利略所设想的直接测量法:2个人各拿一盏灯站在两座山头上,以灯光照射对方所用的时间来推算光的速度。但事实证明,这个方法不现实,因为光速实在是太快了,人根本就反应不过来,除非距离足够大。以现在的观点看,光速高达30万公里每秒,两地之间要相距几万公里以上才能感觉到光的速度的延迟,这在实践中是不可能实现的。
光束从一边射向另一边
1676年,丹麦天文学家罗默利用木星及其卫星的星蚀时间变化,证明了光是有速度的,不是无限值。1728年,英国天文学家布莱德雷采用恒星光行差法,证实光速是一个有限的定量,并非是无限大。他测定的光速为301000千米,已经非常接近正确值了,比惠更斯计算出来的每秒214000千米要精确不少。1849年,德国物理学家菲索利用旋转齿轮法测得光速为315000千米每秒,误差只有5.1%。1850年,法国物理学家傅科采用光学原理——透镜、平面镜、凹面镜相配合,平行光通过旋转的平面镜聚集到凹面镜的中心点,以平面镜旋转的转速求得时间,进而测算出光的速度为每秒298000千米,误差已经小于1%。
古人利用木星及其卫星的距离变化测量光速
在麦克斯韦发现了电磁学原理后,通过测量空间内的磁导率和电介常数来计算光的速度成为一种全新的方法。1907年,韦伯和科尔劳斯采用这种方法测得光速为每秒299788千米,这是当时最精确的数值。1958年,人们利用光谱和铯原子钟来测量光的速度,数值更加精确,误差在±1米之间。现代人们多采用波长和频率来计算光的速度。1972年,埃文森利用波长和光的频率测得光的速度为每秒299792.457±0.0001千米。这也是目前光最精确的速度数值。
利用透镜和反光镜、凹面镜测量光速
那么,光速是宇宙中最快的吗?还有没有物质的速度比光更快的呢?答案是没有,从理论上来说,光就是宇宙中的最快的,没有什么能比它更快。因为光也就是一种电磁波,它和电磁波的速度是一致的。光速虽然很快,但放在茫茫宇宙中,光速就显得很慢了!比如太阳系,光要穿越太阳系需要一年的时间,而光要穿越银河系,则需要10万年的时间。即便是太阳光,从太阳表面射到地球上,也需要8分钟的时间。假如有颗星球距离地球正好1395光年,那么站在它上面看地球上的中国,看到的则是玄武门之变,李世民正在射杀李元吉。
利用电磁波测量光速
实际上,光也不可能在宇宙中为所欲为,比如黑洞,就能捕捉到它。黑洞的密度大到你无法想象,花生米那么大点黑洞,其质量相当于一万个地球!黑洞是宇宙中的极端天体,它是王者存在,一切都逃脱不了它的束缚。比如光,遇到黑洞,就会被黑洞捕捉,发生扭曲变形直至消失,也可以说是黑洞杀死了光。在黑洞面前,时间和空间都被扭曲吞噬,一切都将不复存在,又何况是光呢!
人类捕捉到的唯一一张黑洞照片
突然间整个人都不好了!感觉人类如此之渺小和微不足道,对于整个宇宙来说,生命显得若有所无、无关紧要。宇宙一词,来源于中国古代,它的定义是:宇,指的空间;宙,指的是时间。宇宙,就是时空的意思。然而,宇宙之大,无边无际,目前能观测到的,宇宙的直径是930亿光年,而科学家预估的宇宙直径为1600亿光年,且宇宙还在不断地膨胀中。
在黑洞面前,一切都显得那么无能为力
未来的未来,将来的将来,即便人类发明了光速飞行器,要探索宇宙的奥秘,也是枉然!因为宇宙空间动辄就是几千几万光年,而生命只有短短几十年光景,怎么去探索啊!难不成就在光速宇宙飞船上生活和繁衍生息吗?
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