每秒30万公里，不可被超越的真空光速，是怎么计算出来的？

2024-06-17 09:39 由奇趣魅丽坊发表于 #社会

古代时候的人类出行方式缓慢繁琐，即便有马车，从广东到杭州这样的跨省路途也需要大半年的时间。

然而自工业革命以来，交通工具的飞速发展，现在若乘坐高铁或飞机，这样的路途不论是从速度还是耗时来说，都已经做到了质的飞跃。

然而尽管人类已经发明出了许多革命性的交通工具，但光速仍然是人类所能达到的最快的速度。

在宇宙空间中，光速看似也非常快，然而却显得微不足道，因为宇宙膨胀使得光在传播过程中实际上是在倒退，这导致超过一定的范围后人类永远都无法观测到这些地方的星系。

光速看似快却显得微不足道。

在人类的科学家默出现前，古代对于物质的运动均是以物质的本体为条件进行研究的，而在光这一现象出现后如何进行研究便成为了令古代科学家们头疼的难题，甚至还产生了一些古怪的结论。

公元前四世纪生活在古希腊的亚里士多德便产生过这样一个结论，认为光没有速度，是瞬息万变的物体。

而西元165年时，生活在希伯来地区的犹太学者光流勒对光同样进行过研究，而他的结论则是当两束光再次交汇后有可能会产生焦点，因此他认为光是一束有着有限速度的物体。

直到17世纪，光才真正被认定为一种波的形式，这也为人类后续对于光速的实验打下了基础。

生活在17世纪的荷兰科学家霍克先生曾在追寻光速的道路上有过一次失败的尝试:他利用一面镜子在若干公里之外照射光线，接着让单兵在很远的距离追着光走，同时他在观察跟在镜子后面的光线镜子将光线反射到另一面镜子上，然后再将光线投射到观察处。

然而尽管他费尽心思想要观察光的传播过程，但却在实验最后什么都没看到，只能无奈地宣布实验失败。

这是因为他没有考虑到当时单兵的跑步速度以及远处镜子照射出的光线的传输过程，因此导致最终他的实验失败，没有观察到任何现象。

而在19世纪，人类终于首次通过科学的实验对光速进行了精准的测量，这一实验是弗朗茨·奥斯特和弗朗茨·雷米在1849年进行的实验，他们利用光的干涉实现了对光速的测量。

而后，在1879年至1882年间，美国的艾伯迪在麻省理工学院用高精度的设备对光速进行了测量，并对当时对光速的标准进行了修正。

他的最终结论是:光在真空中的速度为299,710千米/秒。

自从奥古斯特·昂庞安提克发现了光的干涉现象后，人们便很快开始利用这一定性来对光速进行测量，而艺术也是时隔两千年后再次对光速的测量进行了研究，并且在1917年最终确认了精确的光速测量值:299,792,458米/秒。

这也被认为是当前我们最常用的光速数值，同时也是我们在科学上经常使用的光速数值。

对于宇宙空间中的光来说，看似30万公里每秒的速度非常快，但却仅仅是在地球上的速度，而对于宇宙空间来说则微不足道。

因为在宇宙空间中，很多星系之间的距离实际上是非常远的，更有一些星系的距离是我们无法想象的。

例如，距离地球最远的一个已知星系是一千六百多亿光年，这意味着光线是在一千六百多亿年后才传播到地球的，这同样也说明宇宙空间的距离是何等的广阔。

既然光需要这么长的时间才能传播到地球，那么在途中恒星甚至星系之间的位置都可能发生变化，因此光在传播过程中实际上是在倒退，这也导致超过一定距离的星系再也无法与地球之间的星系联系上。

因此，即使地球上发生了超光速运动，宇宙空间中的其他星系也无法对这种运动进行观测。

同时，由于距离地球越远的星系远离地球速度越快，因此在超过一定范围的地方光永远无法到达，从而让我们永远都无法观察到这些地方发生了什么事。

宇宙空间在145亿光年外的膨胀速度超过光速。

光速被认为是宇宙空间中物体能达到的最快速度，因此无论是在科幻小说中还是在科学研究中，人们都认为光速是不可能被超越的速度。

虽然还没有人开发出超越光速的技术，但是在2015年时，也就是一百零三年前，人类第一次对地球外的星系做出了观测。

人类通过对红移的观察，发现距离地球一百二十亿光年远的星系在向着地球移动，但对于地球外星系的观测得益于宇宙膨胀速度的原因，已经无法确定这些星系目前的位置。

同时，物体在转动过程中，如果物体转动的速度超过声速，那么就会产生声爆，而在宇宙空间中，同样会产生一种通过膨胀过程的速度超过光速导致的爆速现象，这种现象被科学家称为红爆。

在宇宙空间中，红爆现象只出现在145亿光年之外，这也正是因为在此之前，宇宙空间的膨胀速度小于光速，因此在这一公用观测到一百二十亿光年外的星系。

但这并不意味着宇宙空间的膨胀速度永远不会超越光速，因为我们知道人类在距离地球上近距离观测宇宙空间的星系时，发现越接近地球表面的星系距离地球的速度越慢，因此可以推测距离地球越远的星系速度越快。

这就意味着在超过145亿光年之后的宇宙空间范围内，地球永远都无法观测到这些星系，而恰恰也是在这一范围内，宇宙空间的膨胀速度有可能超过光速。

但这并不意味着人类无法了解宇宙空间这一范围内发生了什么事，因为即使在光无法到达的地方，也可能暗物质或暗能量对宇宙空间的影响产生了变化，因此也有可能产生影响地球的后果。

超光速膨胀并不违反相对论。

而许多人对于宇宙空间膨胀速度超过光速会不会违反相对论玻恩也提出了这个问题，因为我们知道光速是宇宙空间中物体能达到的最快的速度，但在实际推导中，结果却显示宇宙空间的膨胀速度很可能超过光速。

这是因为相对论只约束着静止质量不为0的物体，对于静止质量为0的物体即光子来说，相对论并不适用。

因此在经过公式推导后，宇宙空间的膨胀速度很可能全都超过光速。

尽管超光速膨胀并不违反相对论，但众多科学家也发现宇宙膨胀速度超过光速，这对于地球来说是一个非常好的现象。

因为当宇宙空间收缩速度超过光速后，必然会发生一个虚拟物质的过程，这将为人类进行星际旅行提供了更多的可能性，让我们有更多的机会观测宇宙空间内的其它星系。

在早期的科幻小说中，超光速引擎技术就是一种超越光速进行星际旅行的技术，而在2015年时，NASA就宣布对曲速引擎技术进行研究。

虽然曲速引擎技术已经被认为是一种超光速引擎技术，但与超光速引擎技术不同的是，曲速引擎技术将物理上的宇宙膨胀现象引入到了引擎中，并利用宇宙膨胀的能量来进行宇宙旅行。

而这也正是为何曲速引擎技术不会违反相对论的原因，如果未来人类真的开发出超光速技术，那人类将会向着星际旅行迈出一大步，从而有望观测到更多隐藏在宇宙背后的未知物质。