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真空光速

真空光速,顧名思義即在真空狀態下光的傳播速度。而愛因斯坦的相對論中認為物體的運動速度無法超過真空中的光速。

真空光速基本信息

中文名 真空光速 所屬學科 物理學

為了尋找光速的微小波動,研究人員認為可以在較大的宇宙尺度上尋找其痕跡,在一些極端而遙遠的天文現象中觀察光的速度性質,比如伽瑪射線暴可以產生強大的脈沖輻射,并且能作用相當長的距離,在如此大的尺度上光速的波動是可以被檢測到的。此外,馬塞爾·爾本以及其他小組成員還建議使用鏡子反射激光光速來驗證光速是否是非恒定的理論,這個實驗方法與著名的掩等測量光速實驗有些類似,通過計算一束激光在反射鏡中反彈的次數來驗證光速是否恒定。2100433B

真空光速造價信息

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真空光速作為物理學上的重要常數,是科學家馬塞爾·爾本研究的重點,由于光速的限制,超光速宇宙飛船是否能實現呢?

據國外媒體報道 ,眾所周知,光速是物理學上的一個重要常數,愛因斯坦的相對論中認為物體的運動速度無法超過真空中的光速,但是一些科學家正在探索光速是否為非恒定的可能性,這一宇宙速度極限可能與空間真空性質有關。光的速度在宇宙學和天文學上都有明確的定義,光速不僅是電磁波的傳播速度,同時也適用于萬有引力的作用,在假設光速恒定的條件下,科學家又推出了許多結論,比如物理學上的無量綱數:精細結構常數(阿爾法)、定義電磁力的強度等。變化的光速會改變分子鍵的性質以及核物質的密度。

光速恒定的前提也與宇宙的大小存在關聯,非恒定的光速可能導致宇宙的收縮,但光速是宇宙中任何物體都不可能超過的速度。在2013年3月份,歐洲物理學期刊D發表了兩篇關于光速的論文,研究人員試圖從宇宙空間的量子特性角度尋找光速的奧秘,兩篇論文都提出了不同的光速作用機制,認為在一個假設出現改變的前提下,光速可能出現改變,但是這樣的空間并不是“空”的,而是充滿了虛擬粒子的巨大“宇宙湯”。

由于光速被認為是無法超越的,而且星系之間有著巨大尺度的空間,因此科學家提出了多種超光速旅行的方法,比如一種被稱為“時空波”的技術可讓星際飛船以“沖浪”的方式實現超光速旅行。到目前為止,科學家對曲速驅動的方式幾乎一無所知,未來的太空飛船會是何種模樣也是個未知數,曲速飛船背后的物理基礎純粹是理論上的認識,而且還需要提供大量的能量源。

來自法國巴黎第十一大學物理學家馬塞爾·爾本在他的論文中提到,看上去似乎是宇宙真空的環境通常被假設為空的空間,量子物理學定律在粒子尺度上可“規范”亞原子粒子等的行為,我們所說的空的空間實際上是充滿了基本粒子,比如夸克等,這些虛粒子使得真空環境出現微小的變化,從而決定了光速可能不是常數,應該是隨著虛粒子波動出現一定程度的改變。宇宙中的虛粒子是無法被直接探測到的,但是它們在量子物理學中確是存在的,從量子水平上來看,空的宇宙空間并非是虛空,其中充滿了基本粒子對,比如夸克和反夸克,它們與自己對應的粒子總是呈現配對的關系,當物質與反物質粒子碰撞時就會發生湮滅。

光子在宇宙空間中穿梭時,可與虛粒子發生相互作用,對此物理學家馬塞爾·爾本和他的同事們提出了虛粒子能量可能使光速發生改變的理論,由于虛粒子與光子之間的相互作用存在隨機的特點,因此光子的移動速度也會隨該影響的作用而出現變化。對于光速非恒定的理論假設,馬塞爾·爾本通過本項研究提出了在量子理論框架下的介電常數和磁導率,認為光速的非恒定需要這兩個因素的作用,而且真空中單位體積的虛粒子數量與光子的傳播速度存在關聯。憑借著先進的觀測儀器,科學家們已經精確測量了光速,即便虛粒子對光速構成了影響,那么這樣的影響也應該是非常微小的。

真空光速常見問題

  • 光速和聲速分別是多少

    光在真空中的傳播速度 c=3.0x10^8m/s根據n=c/v v=c/n n>1光在真介質的傳播速度小于 c=3.0x10^8m/s聲速空氣中...

  • 光速搖頭燈價格一般是多少?

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真空光速文獻

關于光拍法測光速實驗中光電流表示式的探討 關于光拍法測光速實驗中光電流表示式的探討

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利用光拍法測光速實驗是一個比較重要的近代物理實驗。在相關文獻關于光拍形成原理的介紹中,光電探測器輸出光電流的表示式有誤。從光電探測器的光電計數理論的基本公式出發,對探測器輸出的光電流表示式進行了推導,并對推導結果進行了分析討論。最后指出了相關文獻中出現錯誤的原因。

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用統計的方法研究光拍法測光速實驗中的電流表達式 用統計的方法研究光拍法測光速實驗中的電流表達式

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根據光電子具有泊松分布的特點得到一定光強的光入射到光電探測器后,光電流的表達式,并對光電流的起伏誤差進行了分析。

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超光速(faster-than-light,FTL或稱superluminality)會成為一個討論題目,源自于相對論中對于局域物體不可超過真空中光速c的推論限制,光速成為許多場合下速率的上限值。在此之前的牛頓力學并未對超光速的速度作出限制。而在相對論中,運動速度和物體的其它性質,如質量甚至它所在參考系的時間流逝等,密切相關,速度低于(真空中)光速的物體如果要加速達到光速,其質量會增長到無窮大因而需要無窮大的能量,而且它所感受到的時間流逝甚至會停止,所以理論上來說達到或超過光速是不可能的(至于光子,那是因為它們永遠處于光速,而不是從低于光速增加到光速)。但也因此使得物理學家(以及普通大眾)對于一些“看似”超光速的物理現象特別感興趣。

物體要到光速需要無限能量,而在平行空間下無法超光速。

現已有科學家提出設想:將物體前方的空間壓縮,將物體后方的空間擴大來超過光速。只是需要巨大的能量,現有科技也無法做到。

光在同一種均勻的介質中沿直線傳播。

光速是有限還是無限,到17世紀還有爭議,笛卡爾認為是無限的,伽利略認為是有限的。17世紀初,伽利略用測量聲速的方法來測量光速,他讓兩個人各提一盞有遮光板的燈,并分別站在相距約1.6千米的地方,令第一個人先打開他的燈,同時開始計時;第二個人見到第一個人的燈亮時,立刻打開自己的燈;當第一個人看見第二個人的燈亮時,停止計時,這樣測出光從第一個人到第二個人再返回所用的時間,再測出兩地的距離,就可以計算出光的速度。從原理上講,伽利略的方法是對的,但是實驗失敗了。這是因為光速很大,1/7秒能繞地球一周多,靠當時的條件在地球上用通常測聲速的方法測光速是難以實現的。于是,人們把測光速的場地移到太空。在伽利略去世后約30年,丹麥王文學家羅默在觀察木星的衛星食中,于1676年指出光速是有限的。

木星是一個周期為12年的太陽行星,它有11個衛星——木星的月亮,其中4個最亮的可用合適的望遠鏡看到,它們繞木星旋轉的軌道平面幾乎重合于地球和木星繞太陽旋轉的軌道面。因而木星的衛星每繞木星一周將在進入木星影處發生一次蝕。最接近于木星的衛星,其周期是42小時28分16秒(約為7/4天),它走過自己直徑那樣的距離約需3.5分鐘,因而用望遠鏡可以觀察到它剛發生蝕的瞬間,在這個系統里,木星的衛星蝕,一方面作為一個信號供地球上人來觀察,同時,此衛星蝕的周期過程又是一個準確的時鐘,如果地球相對于木星的距離不變,或者光速為無限大(信號由木星那里傳到地球不需要時間),則每隔42小時28分16秒自然就看到該衛星的蝕一次。但是,眾所周知,光速不是無限大,并且地球每時都在改變著它與木星的距離,所以在地球上看到的木星的衛星相鄰蝕之間的時間間隔是變化的。顯然這個變化與地球相對于木星的距離的變化和光速的大小有關。

羅默經過長期細心的觀察,他發現:若地球在E1和木星在J1看到一次木星衛星蝕,再用平均周期推算此后任一次蝕的時間,則后一次蝕一般地并不剛好發生在所推算的時間。例如當地球在經過E1之后約三個月行至E2處,實際看到蝕的時間較推算出的時間延遲了約10分鐘。這是因為當地球在作自E1向E2而達E3的運動時,地球與木星的距離在逐漸增大,自木星來的任一信號都必須比前一信號多走一些距離才到達地球。經過由E1到E2的三個月,所有相鄰蝕的時間延遲的總和約為10分鐘。當地球繼續由E2經過E4而向E5運動時,地球與木星的距離在逐漸減小,自木星來的任一信號都比前一信號少走一些距離。羅默從他的測量得出,光走過與地球軌道半徑等長的距離所需的時間約為11分鐘。在羅默的時代只知道地球軌道半徑的近似值,當取此半徑為149.7×106千米時,算得光速c=215000千米/秒。

在地球上較短的距離內用實驗的方法測出光速是19世紀中葉的事了。1849年法國物理學家菲索用“齒輪法”測出光速。從光源S發出的光,射到半鍍銀的平面鏡A上,經A反射后,從齒輪N的齒間空隙射到反射鏡M上,然后再反射回來,通過半鍍銀鏡射入觀察者眼中。如果使齒輪轉動,那么在光從齒間到達M再反射回齒間的時間Δt內,齒輪將轉過一個角度。如果這時齒a和a′間的空隙恰好被a所占據,則反射回來的光被遮斷,因而觀察者將看不到光。但如果這時齒輪恰好轉到下一個齒間空隙,由M反射回來的光從齒間空隙通過,觀察者就能重新看到光。齒輪的齒數已知,測出齒輪的轉速,可算出齒輪轉過一個齒的時間Δt,再測出M、N間的距離,就可以算出光速。菲索當時測得空氣中的光速:c=315300千米/秒。1851年,法國物理學家傅科用旋轉鏡法測得空氣中的光速:c=298×108米/秒。傅科還第一次測出了光在水中的傳播速度為2.23×108米/秒,相當空氣中光速的四分之三。

1924—1927年,美國科學家邁克爾孫綜合菲索和傅科測光速方法的優點,用旋轉棱鏡法,在美國海拔5500米、相距35千米的威爾孫山和圣安東尼奧山進行實驗,精確地測得光速:c=299796±4千米/秒。非常接近1975年第15屆國際計量大會決議采用的光速值c=299792.458±0.001千米/秒。他就在這次測量過程中中風,于1931年去世。

在激光得以廣泛應用以后,開始利用激光測量光速。其方法是測出激光的頻率和波長,應用c=λν計算出光速c,這種方法測出的光速是最精確的。根據1975年第15屆國際計量大會決議,把真空中光速值定為c=299792458米/秒。在通常應用多取c=3×10^8米/秒。

在物理學中,光速是一個重要的基本參量。光波波長的測量、相對論中的質能關系、基本粒子的運動質量等都與光速有關;在科學研究、精密計量、工程技術、航空航天、數據通訊等許多領域這一參數更有著廣泛的應用,因而正確測定真空中的光速具有十分重大的意義。但由于光速每秒鐘約達 30 萬公里(目前公認的光速值為 c=299792458 ± 1.2 米 / 秒),近距離測量光速需要相當精密的儀器,這對空間有限、資金不足的實驗室來說就需要另辟蹊徑來完成一般精度下光速測量的實驗項目。

有鑒于此,華東師范大學科教儀器廠開發出新一代的 GS-1 型光速測量儀。該儀器利用電信號對發射光進行調制,并在一定距離外將接收光進行解調,再通過發射與接收兩信號之間的相位差來間接獲得光速的實測值

實驗精度: 誤差≤ 5%

半導體激光器: 波長: 650nm

功率: 30mW

調制信號頻率: 60MHz

參考信號頻率: 59.9MHz

外型尺寸: 發射模塊:200 ×100× 185

接受模塊: 104 × 75 × 35

導軌: 長度: 1.5m

線纜: 長度: 2.5m 7 芯射頻同軸混合電纜

有機玻管: 長度: 0.5m

直徑: Φ 32mm。1. 本儀器可進行下列實驗:

利用雙蹤示波器定量比較光在空氣中傳播時發射和接收信號間的相位差,求得光速值。測量光在水中傳播時的速度 。

移動接收單元用雙蹤示波器觀察光在空氣中傳播時接收波形的相移過程 。

用示波器或頻率計觀察和測試兩基準信號的波形和頻率。

2. 本儀器有下列特性:

利用高頻信號對發射光進行調制,對接收光進行解調。

通過發射與接收兩信號間的相位差,獲得光速的實測值。

適用于基礎物理實驗條件下的光速測量。

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