为什么光速不变（狭义相对论为什么光速不变）

本文目录一览：

• 1、为什么光速不变？
• 2、光速不变的原因是什么？
• 3、为什么光速是恒定不变的呢？
• 4、光速为什么是不变的
• 5、为什么光速是恒定不变的
• 6、为什么光速不变

为什么光速不变？

光速为什么不变

1真空的电磁极化特性

目前所有实验测量的真空电磁极化有如下特性：①没有介电极化的饱和现象，也没有磁化饱和现象；②传播的电磁场能量没有上限。

早期认为电磁传播是以一种叫以太的特殊真空物质传播，可以想象任何具有物质特性的介质都会有电极化的饱和现象和磁化饱和现象，且有能量传播上限，超过上限值后，传播的波动能量会因介质结构缺损发生畸变，如机械波在流体中的空化想象，固体介质甚至被直接断裂。而真空传播的的光没有强度上限，多路超强激光在真空聚焦后的传播无异常反应，且没有介质损耗，这就说明真空中的电磁传播是没有物质介质的。

2真空电磁特性的运动效应

我们设想图所示的实验：在匀速运动和旋转加速参考系统(要保证器件不发生外力变形)中分别放置一对以真空作为介质的平板电容器和电感线圈，在相互运动的参考系中，测量其电容量和电感量的变化关系。

图2.1 平板电容器和电感线圈匀速和旋转加速运动示意图

设定电容器和电感线圈中的真空介质与静止参照系S同步，当电容器的上下极板，电感线圈的导体绕线与运动参照系S’一起以速度v向右运动或以ω旋转运动，就造成了真空介质也以v的速度流过其内部或被离心分离，由于介质边界条件的变化，会引起介电常数 ε 0 ， 磁导率 μ 0 的边界响应，单位时间内通过其内部的介质流量决定其电容量、电感量的变化量。设电容器、电感线圈的运动截面积都为 A ，介质流量用Q表示，运动中两个测试器件内外介质交换量 Q=A ， ρ 是介质密度，由于真空介质的特殊性，ρ=0，所以无论运动速度多大，测试器件内外介质交换量 Q =0， ε 0， μ 0 的运动边界响应增量为0，即：有限个无穷小量的替换叠加，仍然是无穷小量。可以理解为器件内外什么都没有，器件封闭与开放没有差别，不存在任何交换。

对上述实验环境的结果可以得出结论为， 任何一个运动的真空子系统，与外部的真空环境系统的之间，真空特性等价，真空电磁特性与参考系的运动状态无关，真空介质的介电常数 ε 0， 磁导率 μ 0 为一个与运动状态无关的恒定值。

3真空光速为一个恒定常数

从麦克斯韦方程组出发，可以推导出真空的光速表达式，光速由于真空介电常数 ε 0 = 8. 854187817 10 -12  ，磁导率 μ 0 =4 π 10 -7 牛顿/ 安培，为一个与运动状态无关的恒定值，则真空光也与观察者运动状态无关，速恒定为：C=299792458 m/s。

这就用物理推理证明了光速的不变性原理。从实验观测的角度出发的迈克尔逊-莫雷实验等，以及大量的天文观测实验结果，也都表明真空光速是一个与观测者运动状态无关的恒定值。

光速不变的原因是什么？

光速不变是相对的，因为人类技术高度不够，光会扭曲这已经被黑洞学说认定，光速不变可能是相对的。

自然界是一个有机的系统，不存在绝对自由和绝对独立的物体。又由于所有的微观粒子都具有波动性，而且普遍存在着普朗克常数h，该常数的量纲是粒子的角动量，说明在我们的宇宙中，存在着由不可再分的最小粒子构成的物理背景，即量子空间。

所以，任何物体的外在能量都具有两种不同的存在形式。其一，是相对于自身的动能；其二，是相对于空间的势能。

从极限的角度来看，低速宏观物质受到空间的影响最小，其效应可以忽略不计。所以，低速宏观物质的能量主要是相对于自身的动能，其变化由物理参量速度来描述，表现为速度可变。

反之，另一个极端的情况是光子。由于光子的质量非常小，以至于其动能远小于势能，即空间的影响远大于个体的作用。所以，光子的能量变化，主要是其势能的变化，由物理参量弛豫时间来描述，表现为速度不变。这就是光速不变的原因。

介于这两个极限之间的情况，是微观粒子。由于微观粒子的速度和质量介于两者之间，使微观粒子同时具有可观的两种不同形式的能量，即动能和势能能，所以任何的微观粒子都具有波粒二象性。

需要注意的是，狭义相对论中的光速不变是假设的原理，具有绝对性，与光子的能量和空间密度无关。

反之，根据有机的量子景观，光速是光子维持其相对于空间势能的速度。因此，类似赤脚划水运动，维持人体的速度与人体的重量和水的比重相关。前者成正比关系，后者成反比关系。光速的大小也与光子的能量和量子空间的密度相关，能量越大或空间密度越小则光子的速度就越大。

只是相对于人类的时间尺度和实际接触到的能量范围，不同光子的速度差虽然大于零，但是其与光速的比值却近似为零，从而在表现为光速不变。

如果能量差距很大，且光子传播的距离很长，就有机会使我们观察到不同能量的光子的速度差。

比如，遥远的超新星爆发，其同时产生各种不同能量的光子。根据能量的大小，它们依次为中微子、伽马射线、x射线、可见光和电磁波。于是，我们观测超新星爆发的信号，应该按照上述的顺序依次接收。

总之，光速不变是由于量子空间的存在。由于光子的质量极小，使量子空间主宰了光子的行为。于是，光子对其速度的影响是微乎其微的，使光速具有相对的不变性。

光速不变是科学逻辑思维错误引发的，是世人迷信权威的必然结果。相对论是科学的心魔，当今科学已坠入魔道。

迈克尔逊-莫雷实验结果表明以太是随着地球运动的，没有证明以太是不存在的。在相同环境中声速也是不变，而声速不变既不能证明地球的大气层是存在的，也不能证明声音传播不需要介质。

麦克斯韦方程中光速在不同惯性系是不变的，证明了“以太”是存在的，因为波在相同状态的介质中传播速率相同。

声音在地球内相同状态的大气中传播，以地球的大气为参照系，声速在各个方向的传播速率相同，声速不受地球的自转和公转速度的影响，声速不变。

同理，光波在地球内相同状态的大气中传播，以地球的大气为参照系，光速在各个方向的传播速率相同，光速不受地球的自转和公转速度的影响，光速不变。

同理，光波在地球内相同状态的以太中传播，以地球的以太为参照系，光速在各个方向的传播速率相同，光速不受地球的自转和公转速度的影响，光速不变。

光在地球的大气或以太中传播 ，光速不受地球的自转和公转速度的影响，光速不变，是因为光的波性。

迈克尔逊-莫雷实验如果能证明地球周围的“以太”是不存在的，就能证明地球的大气层也是不存在的，荒谬极了。

迈克尔逊-莫雷实验只能证明以太是随着地球运动的，但光能在水里以水为介质进行传播、能在玻璃中以玻璃为进行传播，所以光在地球大气中传播可能是以大气为介质进行传播的，迈克尔逊-莫雷实验可能跟“以太”毫无关系，是一个没有意义的实验，迈克尔逊-莫雷实验完全忽略了光的波性质。

为什么光速是恒定不变的呢？

光速为299792458m/s，且恒定不变。光速不变是怎么一回事呢？

光速是宇宙系统内部运动的最快速度，任何有质量的物体都无法超越光速，且光速相对于任何参考系而言都是恒定不变的。这是不是有些不好理解？那就让我们从牛顿说起。在牛顿所建立的经典力学之中，任何物体的运动速度都是相对的，根据所选择的参考系的不同，物体的运动速度自然也不一样。

假设一辆汽车从我们的面前以每小时60公里的速度疾驰而过，那么以站立不动的我们作为参考系，这辆汽车的速度就是每小时60公里。此时，如果我们也驾驶一辆汽车，与这辆车并排行驶，且速度一致，同为每小时60公里，那么此时那辆车相对于我们而言就是静止的。这就是选取的参考系不同，物体的运动速度也不同。

光速不变指的是光不会因为参考系的变化而发生速度的变化。

还是刚才的那个例子，时间换到晚上，打开车灯，当我们驾车与另一辆汽车同向同速行驶的时候，那辆车的车灯所发出的光相对于我们而言是299792458m/s，如果我们不驾车，站立不动，那辆车从我们面前疾驰而过，此时那辆车车灯所发出的光相对于站立不动的我们而言，依然是299792458m/s，而并不是299792458加上汽车行驶的速度。

为什么会发生这种现象呢？因为那辆汽车的时间流逝速度在相对论效应下变慢了。当然了，这是后话，牛顿力学理论与光速不变的矛盾最初体现在了麦克斯韦方程上。麦克斯韦是与牛顿以及爱因斯坦比肩的伟大物理学家，仅凭一己之力就完成了一整套理论的建立，他将电和磁统一在了一起。

就是这个可以描述所有电和磁现象的麦克斯韦方程与牛顿力学理论出现了矛盾。

在牛顿的理论体系下，一切物体的速度都取决于所选择的参考系，而在麦克斯韦方程中，光速被如此描述c=1/ε0μ0，其中c是光速，ε0是真空介电常数，μ是真空磁导率，真空磁导率也是个常数，由两个常数所得出的光速c自然也就是一个常数了。

常数是固定的，不需要参考系，这与牛顿理论体系中一切物体的运动速度都取决于参考系产生了不可调和的矛盾。为了给这种矛盾找到一个突破口，科学家们开始假设了，一种叫做以太的传播介质被假设了出来。就如同水波需要依靠水作为介质来传导一样，光也需要借助以太来进行传导，而以太遍布于各处。

以太的假设的确可以解决牛顿与麦克斯韦的矛盾，但问题的关键在于它只是一个假设，一个未能成功证明的假设。

14世界英格兰逻辑学家奥卡姆曾经提出过一个原理叫做奥卡姆剃刀，又称简单有效原理，该原理核心就是“如无必要，勿增实体”。按照这个原理，平白无故增加一个“以太”出来只会让问题变得越来越复杂，事实上的确如此，自从以太出现之后，一个个新的难题接踵而至。

此时，爱因斯坦出现了，爱因斯坦认为，既然“以太”本身就是一个假设出来的东西，何必要花费时间在这个上面纠结呢，既然是假设的东西，那么完全可以让它消失掉，“以太”的存在只会让问题变得更复杂。我们不得不佩服爱因斯坦敢于摆脱一切束缚的思维模式。

在“以太”被去除之后，牛顿与麦克斯韦的矛盾怎么办呢？

很好解决，只需要四个字，光速不变，是的，爱因斯坦大胆提出了光速不变的假设。这个假设一出，一切都变得简单了。此后，爱因斯坦又在光速不变的原理之上，建立起了狭义相对论和广义相对论，从此，人类也正式由牛顿的时代跨入了爱因斯坦的世界，牛顿的绝对时空观被爱因斯坦的相对时空观所替代。

光速不变原理虽然源于假设，但这个假设如今早已通过实验得到了验证，比如迈克尔逊莫雷实验。当然，我们并不是说牛顿的理论体系错了，牛顿的理论体系可以说是宏观低速环境下的特例，对于日常生活中的运动学和力学问题可以给出精度极高的近似值，精度甚至足以应用在航天工程上。

光速为什么是不变的

光速不变原理，在狭义相对论中，指的是无论在何种惯性参照系中观察，光在真空中的传播速度都是一个常数，不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299792458米/秒。

证明

光速不变原理：无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察，光在真空中的传播速度都是一个常数，都为299792.458公里/秒。证明光速不变的四项事实。

任意恒星光行差都长期保持不变，证明：光行差不随时间变化，所以光速也不随时间变化。所有恒星的光行差都为20.5″角距，证明：所有恒星的光速都相同。《系统分析恒星光行差》中已经详细论证了“光速不变”，所以不再重复。

光速

恒星都是一个一个的小圆点，证明：任意一个恒星的所有的光线的光速都相同，即没有不同光速的光线。因为没有任何光速‘变化’的现象，所以只有采用‘反证法’。设：某恒星发来两种光速的光线;光速为c的光线，用c表示;光速为C的光线，用C表示;光速cC因为c和C都是连续的，所以观测者能够同时接收到c和C;但观测者同时接收到的c和C，必然不是同时从恒星发出的。因此设：c发出的时刻为零;C发出的时刻为t;恒星零时刻的位置为A;t时刻的位置为B;因恒星周日视运动角速度ω=15.0411″/秒，所以A、B之间的角距φ=ωt再设：φ=10′(太阳直径的1/3);恒星距离L=30光年。则：t=φ/ω=10×60÷15.0411≈40(秒)c传播的时间T1=L/c=30(年)≈86400×365=946080000(秒)C传播的时间T2=L/C据题意知：T2=T1+t=L/c+t=946080000+40=946080040(秒)所以：C=L/T2=946080000c/946080040≈0.9999999577c≈299999.987(公里/秒)即：如果φ=10′，则c-C=300000-299999.987=0.013(公里/秒)=13(米/秒)也就是说：如果两条光线的光速差为13米/秒，则这颗距离为30光年的恒星，就同时在角距为10′的A和B两个位置上。光速连续比间断变化的可能性大得多，如果恒星光速是在C和c的范围内连续变化的，则看起来，该恒星应该是：长度为10′角距的线段。因为从未看到过：恒星具有多个位置和任何拉长的现象，所以结论正确。

恒星都静止，证明：所有恒星的光速都不随时间变化，都始终恒为常数c不变。这是因为如果光速不断变化，则看起来恒星必然是运动的。证明方法与上述类似，不再重复。

太阳光迈克尔逊——莫雷实验证明：太阳光的光速不变。

为什么光速是恒定不变的

为什么光速是恒定不变的：因为光速是一个宇宙的恒定设置，所以是不会改变的。

世界上的科学发展是一个永恒的过程，我们如今能够拥有这些高科技还有信息化时代其实也是要感谢以前的科学家对于世界的无线探索，比如著名的物理科学家爱因斯坦发表的“相对论”给我们解释了光速的问题，人们会问光速是恒定的，为什么它可以恒定一直不变？

其实就是因为光速是一个宇宙的恒定设置，所以是不会改变的。我们所认识的速度其实都是一个相对速度，比如我们坐在火车上，看到外面的风景会觉得自己是运动的，但是如果比较火车的话，我们自己又是静止的，这就是一个相对速度，但是对于光这个定律就不存在了。

不管如何光速就是整个宇宙最快而稳定的速度，没有任何参照物，就好像一个天生的属性意义，是被定义好的，不管怎么改变都是无法改变其大小的，这一点也可以用爱因斯坦的“相对论”来解释，我们来分析一下。

简单来说宇宙本身就是一个超大的存在，完全不是我们能够用语言来描述的，里面存在有无数的星球还有黑洞等等，这些就是一个系统，如何来加载信息还有传输等等，如果真的可以超过光速的话，是可以实现穿越的，这一点我们在现代的科幻电影里面其实也有一定的体现。

为什么光速不变

因为在任何惯性系中（牛顿定律，任何东西在不受力的情况下，总是保持匀速直线运动或静止，这就是惯性系），光速都是保持不变的，之所以选择惯性系，因为其他参考系都是非静止的，而光速不变是有麦克斯韦的方程组得到的，同时也是洛伦兹变换中，所以惯性系里面，光速都是同一个速度，绝对不变迈克尔-莫雷实验曾证实过，这个你可学习一下麦克斯韦的方程组和洛伦兹变换，以及波粒二象性，这个实验要细讲不是一丁点内容，且需要有一定的物理基础。光子其实也是波，他属于能量，质量为零，所以爱因斯坦说光速是宇宙中最快的粒子，因为他质量为零，不会有任何阻力，同时也不会获得更多前进的动力，至于那些说暗物质比光快的，那是没有好好的学相对论，引力子还比光快呢，上个实际那么多物理天才，每一个人站出来说过这事，因为光速最快仅限于物质时空