摘要:事實上,當來自深空的帶電粒子(宇宙射線)穿過地球大氣時,它們的行進速度比空氣中的光速還快,此時會產生髮出淡藍光的切倫科夫輻射。光在通過介質時,其運動速度會減慢。

  人類對於光速的認識經歷了漫長的一段過程,在17世紀之前人們認爲光速無限大,後來天文學家通過天文觀測證實光速是有限的,再後來物理學家通過實驗測出光速大約爲30萬千米/秒。

  光速蘊含着宇宙的祕密。到了1905年,阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)提出了狹義相對論,人類對於光速纔有了根本的認識。愛因斯坦認爲,空間和時間是相對的,光速是連接這兩者的常數。

  現在我們都知道,光的速度是恆定的,沒有什麼東西能比光速更快。不過,這樣的表述不完全準確。其真正涵義是,任何攜帶信息和能量的物質都不可能超越真空中的光速。真空中的光速爲299,792,458米/秒,事實上這個數值是人爲定義的,沒有任何的誤差。

光速究竟有多快?地球到月球光速是1.255秒

  光在通過介質時,其運動速度會減慢。例如,當光通過玻璃時,其速度降至真空的三分之二。即使是在空氣中,光的速度也會輕微減慢。這種現象與光的本質有關,因爲它是一種電磁波。

  當光通過介質時,其電磁場會擾動與之接觸的帶電粒子。然後這些擾動使介質中的帶電粒子以相同的頻率輻射出光,但這個電磁波與之前的相比存在一個相移。由這些擾動產生的電磁波與原先的入射電磁波相疊加,使波長變短,但頻率不變,從而速度減慢。簡而言之,光波與介質中的帶電粒子發生作用,導致光速放慢。

  有趣的是,物質的運動速度可以超過介質中的光速。事實上,當來自深空的帶電粒子(宇宙射線)穿過地球大氣時,它們的行進速度比空氣中的光速還快,此時會產生髮出淡藍光的切倫科夫輻射。

光速究竟有多快?地球到月球光速是1.255秒

  儘管擁有靜止質量的物質無法超越真空中的光速,但時空本身是一個例外。通過觀測,天文學家發現距離越遠的星系遠離我們的速度越快。由於宇宙的年齡爲138億年,我們只能看到138億光年之內的星系。而在138億光年之外的星系,是以超光速在遠離我們而去,我們永遠也看不到它們。這裏之所以會出現超光速的情況,是因爲時空本身在不斷膨脹,因此與狹義相對論並不矛盾。事實上,可觀測宇宙的跨度達到了930億光年。

光速究竟有多快?地球到月球光速是1.255秒

  另外,我們可以用光來表示從一個地方到另一個地方需要多長時間:

  從地球到月球:1.255秒;

  從地球到太陽:8.3分鐘;

  我們的太陽到距離最近的恆星(半人馬座α星):4.24年;

  跨越我們的銀河系:10萬年;

  從我們的銀河系到距離最近的螺旋星系(仙女星系):250萬年;

  從地球到光的盡頭:138億年。

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