“真空中光速c”及现行米定义质疑

基本物理常数出现于一些不同的物理现象中,是自然界客观规律的反映。1973年国际计量局(BIPM)决定真空中光速c值为299792458m/s;它的基础是高精度光频测量和高精度光波长测量,再用标量方程c=λf求出真空中光速。1983年根据这个值规定了更新的米定义;从那时起c值被固定化了,亦即真空中光速成为指定值。国际计量界认为无需再测量真空中光速。1983年的米定义已沿用至今。本文质疑了"真空中光速c"的定义和米定义。1905年Einstein提出狭义相对论(SR),其中有一个公设——光速不变性原理,但迄今缺乏真正的实验证明;近年来却有一些实验结果可能证伪了光速不变性。这种情况损害了国际计量大会(CGPM)1983年米定义的理论基础。如何看待真空始终是科学中的关键问题之一。当考虑量子物理真空概念时,实际上c是一个有起伏的值。分析显示,在今后的研究中c的恒值性和稳定性仍然有待解决。更有甚者,当计算真空中双平行导体板间能量时,会发现光速增大为超光速,虽然增值很小。不仅如此,真空极化作用也会改变光速;如此等等。真空中光速一旦指定就永远不变,但这是不可能的。既然计量学家认为关于光速恒定性的实验仍需进行,那就必须继续做高精度的光速测量。近年来光频测量技术飞速发展,锶晶格钟的不确定度仅为10-16(或更低),这为检验物理学基本理论、探讨基本物理常数是否真的是恒定常数创造了条件。而且当前已在研究修改秒定义的问题;故米定义也可以考虑修改。然而眼下尚不具备提出新的米定义的条件,因为一系列基础性难题尚待研究。例如在物理真空的概念中,真空中有许多忽隐忽现的虚光子,数量与环境温度有关。把真空看作一种媒质,光通过它时速度会减慢,其速度将与温度有关。这时真空中光速c已不再是一个恒定的常数。     

光速c的物理思想及教学启示

分析了５个阶段光速测量的方法，研究了３个层次光速理论的发展，展示了基本物理常数c 的物理教学中的独特魅力。     

Raman——Nath衍射与光拍测速

<正> 光速 C 是最基本的物理量之一。对光速测量的每一突破都对光学以至整个物理学的深入发展产生了巨大的推动作用。因此,精密测量光的速度在物理学中是一个十分重要的课题。光拍测速是光学发展的必然结果。在实验室的条件下,它的精度是很高的。现就其物理机理作一深入的探讨。     

光速，特殊的速度

光以约每秒30万公里的惊人速度行进。这个速度叫做“光速”，在物理学中用符号“c”表示，取自拉丁语“速度”一词“Celeritas”的首字母。     

光子的质量与光速的下限

假设光子质量不为零,最直接的物理效应是真空中的光速不再是不变的,随频率的增大,光速的上限等于常数c.理论上,这一假设面对的一个困难是,它不能令人信服地回答,随着频率的减小,光速应该怎样变化.应用量子电动力学中已有的理论成果,该文指出,即使光子的质量不为零,随着频率的减小,光速也不会无限地变小并趋近于零,而是有一个仅仅略低于常数c的、确定的下限值((=)0.89 c).进而推论,光速的下限((=)0.89 c) 就是静电场的传播速度.     

超光速研究的理论根据

一、“超光速”是人类合理的希望和追求的目标人类对速度的关注由来已久。光子的运行速度是c=299792458m/s;狭义相对论(SR)认为 ,超过光速(即V>c)是不可能的。这被称为“光速极限”(limitoflightspeed) ,也叫“光障”(lightbarrier),被认为是物理学的基本法则之一。地球大约是距今45亿年前形成的 ,而最古老的生物大约产生于38亿年前。众所周知 ,地球上人类的过度繁衍已造成了严重的问题 ,从现在起再过大约70～80年 ,地球上的拥挤以及生存条件的恶劣即可能达到极限。因而 ,科学家们早就设想过“必须向外太空移民”。况且 ,展望遥远的将来 ,…     

超光速佯谬和中微子

爱因斯坦的狭义相对论和因果原理意味着任何运动物体的速度不能超过光在真空中的速度。然而，有许多讨论超光速运动粒子的尝试，这些讨论或者是在狭义相对论的框架下进行的，或者是超越了狭义相对论。这些讨论都遇到一系列难以克服的困难，即“超光速佯谬”。文中详细分析了这种佯谬，并证明它在与狭义相对论兼容的量子理论中显然是不出现的。在实在世界中，中微子最可能是一种超光速粒子。     

对聂补吾同志《关于“光速不变”的证明和实验》与《关于“同时性的绝对性”的证明》两文的讨论

<正> 读了聂补吾同志的两篇文章[1][2],有一些问题,值得提出来讨论。由于这两篇文章所涉及的问题有联系,在这里一起讨论。作者在这两篇文章中讨论的是狭义相对论的问题,一个是光速不变性原理,一个是同时性的概念。所谓光速不变性,是指在所有的惯性系内,光在真空中的传播速度具有相同的数值c。这是爱因斯坦1905年在《论运动物体的电动力学》[3]一文中提出来的基本假设之一。这一假设指出了光速与通常物体运动速度有一个本质的差别,即其他物体速     

光的粒子性与光速

光的本质是粒子还是波?光速是多快?这些都是物理学的基本问题。文章从哲学和观测上,论证了光的本质是一种粒子,其群体行为具有类波特性。光的反射、散射、折射和透射都是物质对光的吸引、吸收和再发射现象。目前还没有精确测量光速的手段。星光相对于地球的速度,越接近地球,越接近于地球上光源发出的光相对于地球的速度。场是由空间和微小粒子组成的。     

下期看什么? 光速——引起一场物理学革命的特殊速度

打开电灯开关,房间立即就被照亮。严格说来,光线并不是在电灯点亮的一瞬间就照亮了房间的每一个角落。从电灯发出的光其实要经过一段时间才会照亮整个房间。不过,光的行进速度(光速)实在快得惊人,以我们的日常感觉,整个房间就像是在电灯点亮的一瞬间就被照亮了。光以约每秒30万公里的惊人速度行进。在物理学中用符号"c"表示光速。这个符号取自拉丁语celeritas(速     

光脉冲在含色散缺陷-维光子晶体中的传播

应用传输矩阵方法推导了光脉冲在-维光子晶体中的动力演化．若在结构中引入非色散的缺陷时,超光速传播将变成慢光速;若引入含二能级原子色散缺陷时,慢光速又将变成超光速．最后指出,尽管群速度比真空中光速c大,甚至为负,但能量传播速度一定不会超过光速c,光脉冲在光子晶体中的此种现象是布喇格反射波相干叠加的结果．     

光脉冲在含色散缺陷一维光子晶体中的传播

应用传输矩阵方法推导了光脉冲在一维光子晶体中的动力演化.若在结构中引入非色散的缺陷时,超光速传播将变成慢光速;若引入含二能级原子色散缺陷时,慢光速又将变成超光速.最后指出,尽管群速度比真空中光速c大,甚至为负,但能量传播速度一定不会超过光速c,光脉冲在光子晶体中的此种现象是布喇格反射波相干叠加的结果.     

光速的测定

光速的测定在光学的发展史上具有非常特殊而重要的意义。它不仅推动了光学实验的发展,也打破了光速无限的传统观念。在物理学理论研究的发展历程中,它不仅为粒子说和波动说的争论提供了判定的依据,而且最终推动了爱因斯坦相对论理论的发展。在光速的问题上物理学界曾经产生过争     

精细结构常数的测量和光速的变化

简述了精细结构常数（FSC）的定义和测量，介绍了J.Webb等人根据对遥远的类星体观测发现的FSC异常。他们所分析的光是宇宙早期时天体发出的光，发现那时α之值较小，故认为宇宙早期时光速值较大。介绍了P.Davies等最近提出的理论观点，认为在创世大爆炸时光速非常大，据此容易解释宇宙的大尺度均匀性；如光速可变，就必须重新审查关于时空的理论（狭义相对论SR）。为了解释Webb实验，本提出了一个新观点，即认为在宇宙的早期光子速度较快、能量较大，亦即在那时光速值（c)和Planck常数值（h)均具有高于目前标准的数据。     

我如果以光速飞行，能够从镜子中看到自己的脸吗？

从这里开始，我们踏上了爱因斯坦曾经走过的那条发现相对论的道路。当时的爱因斯坦仅有16岁，心中充满了好奇。“我如果以光速飞行，能够从镜子中看到自己脸的吗？（图1）要看到镜子中的脸，从脸部发出的光必须要抵达镜面，     

旋转黑洞周围扭曲的光可能会携带轨道角动量信息

Kerr黑洞是爱因斯坦广义相对论最令人感兴趣的预言之一。这些旋转的大质量天体会扭曲它们周围的时空，使经过它们附近的光发生偏转和相位改变。瑞典空间物理学研充所BoThide与合作者发现，这将导致一种新的相对论效应——在上述扭曲光中留下了轨道角动量的印记，由此可以验证并分析旋转黑洞。     

季灏“带电粒子高速运动时能量和轨道异常”实验的意义和解释——需要引入运动电荷概念,对洛伦茲力公式进行修正

季灏完成的三个"带电粒子高速运动时能量和轨道异常"实验表明,带电粒子运动速度接近光速时,能量和运动轨迹偏离狭义相对论的预言。本文对其中的两个实验进行分析,指出该组实验实际上并不意味着狭义相对论的质速关系被破坏,而是意味着电荷与运动速度有关,不是一个常数。带电粒子运动速度接近光速时,电荷明显偏离现有理论认为的常数值。本文通过引入运动电荷的概念,修改经典电磁理论的洛伦茲力公式,在不违背狭义相对论质速关系的前提下,较好地解释了季灏实验。洛伦茲力公式的修正意味着电磁场运动方程也必须修正,修正后的电磁场运动方程显然不可能满足洛伦茲变换的不变性。因此季灏实验意味着相对性原理可能不成立,但光速不变原理仍然成立。季灏这组实验涉及到物理学最基本的核心问题,如果能够证实这类异常现象的存在,对物理学基础理论和高能粒子物理学实验的影响将是震撼性的。建议国家有关科研机构予以重视,尽快组织力量进行重复性实验。     

光速不变原理的讨论

光速不变原理是狭义相对论的两条基本原理之一。光速不变原理包含两点内容:①光速与光源运动无关;②光速不依赖于观察者所在参考系。文中讨论了这两点之间的区别。指出宋代超新星爆发事件只是有助于证明“光速与光源运动无关”,而不能证明整个光速不变原理;同时指出“光速与光源运动无关”不违反经典物理学中的伽利略变换。澄清了对光速不变原理的一些不清晰的认识。     

光本性认识之发展历程

阐述了光的机械论波动说和微粒说、光速的测定、光波动说的确立、光的波粒二象性统一的认识过程,表明物理学的研究方法和理论是密不可分的,实验研究和物理理论的有机结合才能形成系统完备的、自洽的光本性理论.     

超光速研究中的几个理论问题

宇宙早期的强子时期,光速比c大,实际上可达v＝７５c。故光速随时间缓慢减小,从v降低到今天 的值（c）。另一方面,根据对１２８个类星体吸收线的测量,在过去的６～１２Ga期间,精细结构常数α平均增大 了６×１０－６,科学家们认为可能是光速变化造成的。对上述效应进行研究以了解宇宙的过去是有趣的。还深入讨 论了超光速研究中的一些问题———微观粒子速度的定义,引力速度,量子纠缠态作用速度以及超距作用。对这 些概念有了更准确的理解。