速度 为啥光速恰好是299792458ms,不是其他数值,或者无限大呢?

“光速”是宇宙中最快的速度,299792458m/s,大约等于每秒30万公里,但是光速是不会发生变化的,因此不能取整数30万公里,为什么光速是这个准确数值,而不是每秒60万公里或者是无限大呢?


速度 为啥光速恰好是299792458ms,不是其他数值,或者无限大呢?
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关于光速和超光速的问题,一直是十分热门的话题,也是物理学研究中一个重要的方向,能否实现光速或者是超光速,对于人类未来的发展十分重要,但是在研究光速问题时,不得不面对一个现实,那就是根据经典电磁学得到的答案,我们的宇宙就是如此,光速不变是宇宙的内禀属性。


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麦克斯韦方程组
真空光速公式
光速不变原理源自电磁学,通过麦克斯韦方程组可以得到真空状态下的光速,也就是299792458m/s,电磁学不会发生错误,并且迈克尔逊—莫雷实验证实了光速不变原理的正确性。光速不变原理是狭义相对论的基础,同时整个狭义相对论其实都是可以从电磁学中推导出的结果。


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光速的真实含义有两个:
物体运动的极限速度,在任何参考系下都不会发生变化
光在真空和介质中的传播速度
在经典力学中在描述一个物体的运动时,必须存在一个“参考系”,比如我们想要测量一个汽车运动的速度,这个汽车的实际速度是每小时100公里。
但是在不同的参考系下去测量汽车速度会得到不同的变化,汽车每小时100公里的时速是对于地球表面这个参考系得到的答案,如果你也开着一辆汽车,跟随着这个汽车一起运动,在这个参考系下测得的汽车速度会发生变化。


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在传统的经典力学中,速度会在不同的参考系下发生变化,可是问题来了,麦克斯韦方程组的答案告诉我们,光速也就是电磁波的运动和参考系没有任何关系,在任何参考系下,光速都是不会发生变化的,就算任何速度和光速相加,也只能得到光速。
当科学家发现这个问题时,都不愿意相信,但是在用了很多方法去证实后,反而让这个结论更加正确了,最后科学家不得不承认,光速的运动和任何参考系无关,在众多科学家感到烦恼的时候,爱因斯坦提出了相对性原理,所谓的参考系只是相对存在的,并不存在绝对的参考系。
爱因斯坦的相对论对经典力学造成了极大的冲击,当然,也修补了人类在理论上的漏洞,爱因斯坦的相对论填补了人类对于时空的认知,时间和空间其实都不是绝对的,只有光速是宇宙中不会变化的常量。
人类对于宇宙的认知会因为“经验”而产生偏差,毕竟人类对于宇宙的观察是有限的,站在地球上去思考宇宙的本质,难免会出现各种错误,目前人类的物理理论还很年轻,还有很大的发展空间。


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光速不会发生变化,对于人类来说有什么意义呢?
首先,光速不是其他数值的原因很简单,因为通过计算,得到的答案就是299792458m/s,光速是宇宙的内禀属性,宇宙原本就是如此,也不会发生什么变化,那么为什么不能实现超光速呢?
在物质具备的一切属性中,最基本的属性是“运动”,宇宙中不存在绝对静止的物体,一切都在不断的运动,而物质的运动会导致能量的转移,同时一个静止的物体,它蕴含的能量包含在质量中,当物体的运动速度加快时,蕴含的能量也会相对增加,当然速度不够快的话,增加的质量可以忽略。
爱因斯坦在质能方程中指出:
因为质量和能量从本质上来看是等价的,一个物体进行运动时,产生的动能会增加到这个物体的质量上,速度越快增加的质量就越多,当物体的速度趋于光速时,质量的增加会越发明显,无限趋于光速会导致这个物体的质量呈现无限大,让一个质量无限大的物体运动需要无限的能量,所有不仅是超光速无法实现,物体的运动只能接近光速,不可能真的达到光速。


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光速是宇宙中物体运动速度的极限,这就是为什么光速恰好是299792458m/s的原因,宇宙的极限就在这里,不论我们怎么做,这个极限都不会发生变化,这就是为什么光速不是其他数值的原因。

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