为什么光速是速度极限？

速度的极限是光速吗？

在详述“光速被认为是速度极限”这句话之前，先让我们了解一下光速本身。速度是运动在任何方向上的变化率，而光速是光波在不同材料中传播的速度。

研究光速有助于了解和理解电磁波的特性，因为光本身就是一种电磁波。光速的公式定义可以表示为每单位时间传播的光波的循环或周期性运动。同时，光速表示为“c”。

光速是如何测量的？

光速可以通过两种方式测量。第一个是通过地面装置或天文方法直接测量光波传播的速度。第二种方法是通过首先找到电磁常数的值然后确定光速来测量“c”。

现在属于直接测量“c”类别的两种方法是天文测量和飞行时间技术。

天文测量

天文测量是测量外层真空空间中的光速。光速可以用地球轨道半径除以时间差得到。

1676 年，Ole Christensen Romer 对光速进行了首次定量算术测量。这位荷兰科学家推导出光速的数值为每秒 131,000 英里。但是，正确的值为每秒 300000 公里。

飞行时间技术测量

在这种方法中，首先测量光以已知距离穿过镜子并返回所需的时间来测量光速。这就是希波吕特·斐索和莱昂·福柯构建的斐索-傅科装置背后的方法和原理。

该装置包括一束指向距离光源 8 公里处的镜子的光束。齿轮放置在光源和镜子之间。光束在到达镜子的途中穿过旋转的齿轮。通过这种方式，知道光束通过轮子的旋转速率以及它到达镜子的速度，就可以计算出光速。

现在我们转向其他两种方法，其中光速 c 不是直接测量的，而是通过首先测量电磁常数的值来测量的。属于此类的两种方法的名称是腔共振和干涉测量法。

腔体共振

在这种方法中，我们独立测量真空中光波的频率和波长值。然后将频率和波长的值放入等式 V 等于频率乘以波长。结果我们就得到了 c 的值。

干涉仪

使用这种方法的条件是知道频率。光波的波长是通过干涉仪产生的干涉图案来测量的。最后，我们将计算出的波长值乘以已知频率来计算 c。

光速是最快的

光速是宇宙中有史以来最快的速度。它的速度为每秒300000万里，它可以每秒绕地球 7.5 圈。根据爱因斯坦的狭义相对论，光速在真空中的速度如此之快，以至于宇宙中没有其他物体能比它传播得更快。

与任何其他速度一样，光速始终由参考系测量。例如，一辆行驶中的火车有一只小猫和一个女孩坐在里面。关于外部乘客的参照系，小猫以等于火车速度的速度移动。但在坐在火车里的女孩的参照系下，小猫是静止的。

光速作为速度限制

光速被认为是速度极限。根据爱因斯坦的质能方程 E=mc2，c 是速度的上限。在这里，c 被认为是一种在真空中测量的极限速度。

具有一定质量的物体，无论是重如汽车还是轻如中微子，都没有足够的能量以光速行进。这是光速被认为是速度极限的唯一也是最有力的原因。

无论向粒子提供多少能量，它都永远不会达到光速的水平。粒子的这种限制和无法达到光速的大小称为 GZK 截止，它确保粒子的宇宙速度限制小于速度限制本身。这都是因为粒子需要无限的能量才能达到光速，而宇宙只有有限的能量。

不同材料的光速不同。光在真空中的速度最高，为每秒300,000公里，折射率为1。但在水等液体介质中，它的速度会减慢一点，测得为每秒225,000公里（折射率1.3）。而在玻璃这样的固体介质（折射率为1.5）中，它甚至会降低到每秒200,000公里。