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過去,光的速度被認爲是無限的,無論距離多遠,光總是能夠瞬間到達。但後來的一系列實驗表明,光速並非無限,只是非常快。通過測量可知,光速爲30萬公里/秒。

自愛因斯坦創立相對論之後,人們認識到,雖然光速不是無限快,但這個速度卻是宇宙中最快的速度,任何物體和信息的傳播速度都不能超過光速。

那麼,光速爲什麼會被限制爲30萬公里/秒,而不是10萬公里/秒或者100萬公里/秒?爲什麼光速剛好就是速度極限呢?

首先,光速並不是精確的每秒30萬公里,而是小於這個數值。基於人類對於“米”和“秒”的定義,物理學家測出的光速爲29.98萬公里/秒。

由於人類的單位定義和實驗存在誤差,導致最爲精確的光速始終沒有辦法測出來,只能不斷提高精度。不過,相對論的出現讓物理學家改變了想法,光速無法精確測量的問題也得到了解決。

根據相對論,光速不但最快,而且任何參照系中的觀測者所測出的真空光速都是完全一樣的。舉個例子,在一輛行駛的列車上發出一束光,無論是地面上的靜止觀測者,還是列車上在走動或者坐在座位上的觀測者,他們都會測出相等的光速,無論列車的速度有多快都是如此,不需要加上或減去列車的速度。

上述的現象被稱爲光速不變原理,這已經被各種實驗所證實。光速不變,導致時間和空間會發生變化,這反過來也讓光速成爲了最快的速度。與相對論相反的是牛頓絕對時空觀,事實證明牛頓時空觀只有在低速下才是近似成立的。

基於這樣的事實,物理學家把光速定義爲299792458米/秒,由此反過來定義了1米的長度。不過,這種變動很小,對於現實不會產生什麼影響。

至於爲什麼光速會被限制約爲每秒30萬公里,只是恰巧人類的單位定義剛好使光速接近於這個數值。如果宇宙中存在外星文明,他們對於米和秒的定義不同於人類,他們就有可能測出光速爲10萬公里/秒或者100萬公里/秒。當然,這並不是說光速是變化的,只是它的大小取決於單位的定義。

從另一方面來講,光速不是其他數值的根本原因,目前並不清楚這背後的機制。或者換個角度來說,光速這麼快就是我們這個宇宙的一條基本法則。如果有平行宇宙,那裏的光速大小或許會不一樣。

好在我們宇宙中的光速不是無限快,因爲一旦光速無限,將會帶來很大的麻煩,我們的宇宙將會完全變樣,甚至無法存在。

根據廣義相對論,光速無限會讓引力場方程中的愛因斯坦張量變爲0,這意味着時空是完全平坦的,沒有彎曲,所以宇宙中根本不存在引力。如果沒有引力,宇宙中就不可能形成星系、恆星以及行星,也就不可能有地球生命。

另外,光速無限還會讓精細結構常數變爲0,這意味着沒有強核力。強核力是四大基本力中最強的力,這個力能夠把質子和中子束縛起來,還能把組成質子和中子的夸克束縛起來。如果沒有強核力,原子就不可能形成,宇宙中的重子物質都將不復存在。

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