光速
维基百科，自由的百科全书
真空中的光速是一个重要的物理常数，符号为c（来自英语中的constant，意为常数；或者拉丁语中的celeritas，意为迅捷），c不仅仅是可见光的传播速度，也是所有电磁波在真空中的传播速度。
真空中的光速等于299,792,458米/秒（1,079,252,848.8千米/小时）[1] 。这个速度并不是一个测量值，而是一个定义。它的计算值为(299792500±100)米/秒。国际单位制的基本单位米于1983年10月21日起被定义为光在1/299,792,458秒内传播的距离。使用英制单位，光速约为186,282.397英里/秒，或者670,616,629.384英里/小时，约为1英尺/纳秒。
在任何透明或者半透明的介质（比如玻璃和水）中，光速会降低；c比光在某种介质中的速度就是这种介质的折射率。重力的改变能够弯曲光所传播的空间，使光像通过凸透镜一样发生弯曲，看上去绕过了质量较大的天体。光弯曲的现象叫做引力透镜效应，根据变化了的光线在光谱外波段呈现的不规则程度，可以推算发光星系的年龄和距离。
根据爱因斯坦的相对论，没有任何物体或信息运动的速度可以超过光速。
光速的测量方法： 最早光速的准确数值是通过观测木星对其卫星的掩食测量的。还有转动齿轮法、转镜法、克尔盒法、变频闪光法等光速测量方法。
根據現代物理學，所有電磁波，包括可見光，在真空中的速度是常數，即是光速。强相互作用、电磁作用、弱相互作用傳播的速度都是光速，根据廣義相對論，万有引力傳播的速度也是光速，且已于2003年得以证实。根據電磁學的定律，發放電磁波的物件的速度不會影響電磁波的速度。結合相對性原則，觀察者的參考坐標和發放光波的物件的速度不會影響被測量的光速，但会影响波长而产生红移、蓝移。這是狹義相對論的基礎。相對論探討的是光速而不是光，就算光被稍微減慢，也不會影響狹義相對論。
目录 |
[编辑] 光速的物理
接近光速情况下，笛卡尔座标系不再适用。同樣測量光線離開自己的速度，一個快速追光的人與一個靜止的人會測得相同的速度（光速）。這與日常生活中對速度的概念有異。兩車以50km/h的速度迎面飛馳，司機會感覺對方的車以50 + 50 = 100km/h行駛，即與自己靜止而對方以100km/h迎面駛來的情況無異。但當速度接近光速時，實驗證明簡單加法計算速度不再奏效。當兩飛船以90%光速的速度（對第三者來說）迎面飛行時，船上的人不會感覺對方的飛船以90% + 90% = 180%光速速度迎面飛來，而只是以稍低於99.5%的光速速度行駛。結果可從愛因斯坦計算速度的算式得出：
其中v和w是對第三者來說飛船的速度，u是感受的速度，c是光速。
[编辑] 光速的測量簡史
真空中的光速，這是最古老的物理常數之一。最早於1629年艾薩克·畢克曼（beeckman）提出一項試驗，一人將遵守閃光燈一炮反映過一面鏡子，約一英里。伽利略認為光速是有限的，1638年他請二個人提燈籠各爬上相距僅約一公里的山上，第一組人掀開燈籠，並開始計時，對面山上的人看見亮光後掀開燈籠，第一組看見亮光後，停止計時，這是史上著名的測量光速的掩燈方案，這種測量方法實際測到的主要只是實驗者的反應和人手的動作時間。
1676年，奧勒·羅默從木星衛星的觀測，得出光速為有限值的結論。觀測證實了他的預言，據此，惠更斯推算出光速約為 2×108 m/s。
1728年，布拉德雷根據恆星光行差求得 c = 3.1×108 m/s。
1849年，斐索用旋轉齒輪法求得 c = 3.153×108 m/s。他是第一位用實驗方法，測定地面光速的實驗者。實驗方法大致如下：
光從半鍍銀面反射後，經高速旋轉的齒輪投向反射鏡，再沿原路返回。如果齒輪轉過一齒所需的時間，正好與光往返的時間相等，就可透過半鍍銀面觀測到光，從而根據齒輪的轉速計算出光速。
1862年，傅科用旋轉鏡法測空氣中的光速，原理和斐索的旋轉齒輪法大同小異，他的結果是 c = 2.98 × 108 m/s。
第三位在地面上測到光速的是考爾紐（M.A.Cornu）。1874年他改進了斐索的旋轉齒輪法，得 c = 2.9999 × 108 m/s。
邁克耳遜改進了傅科的旋轉鏡法，多次測量光速。1879年，得 c = (2.99910±0.00050) ×108 m/s；1882年得 c = (2.99853±0.00060) × 108 m/s。
後來，他綜合旋轉鏡法和旋轉齒輪法的特點，發展了旋轉稜鏡法，1924～1927年間，得c = (2.99796±0.00004) × 108 m/s。
邁克耳遜在推算真空中的光速時，應該用空氣的群速折射率，可是他用的卻是空氣的相速折射率。這一錯誤在 1929 年被伯奇發覺, 經改正後, 1926年的結果應為 c = (2.99798±0.00004) × 108 m/s = 2997984±4 km/s。
後來，由於電子學的發展，用克爾盒、諧振腔、光電測距儀等方法，光速的測定，比直接用光學方法又提高了一個數量級。
60年代雷射器發明，運用穩頻雷射器，可以大大降低光速測量的不確定度。
1973年達 0.004 ppm，終於在 1983 年第十七屆國際計量大會上作出決定，將真空中的光速定為精確值。
近代測量真空中光速的簡表：
| 年代 | 主持人 | 方式 | 光速(km/s) | 不確定度(km/s) |
|---|---|---|---|---|
| 1907 | Rosa、Dorsey | Esu/emu* | 299784 | 15 |
| 1928 | Karolus 等 | 克爾盒 | 299786 | 15 |
| 1947 | Essen 等 | 諧振腔 | 299792 | 4 |
| 1949 | Aslakson | 雷達 | 299792.4 | 2.4 |
| 1951 | Bergstand | 光電測距儀 | 299793.1 | 0.26 |
| 1954 | Froome | 微波干涉儀 | 299792.75 | 0.3 |
| 1964 | Rank 等 | 帶光譜 | 299792.8 | 0.4 |
| 1972 | Bay 等 | 穩頻氦氖雷射器 | 299792.462 | 0.018 |
| 1973 | 平差 | 299792.4580 | 0.0012 | |
| 1974 | Blaney | 穩頻CO2雷射器 | 299792.4590 | 0.0006 |
| 1976 | Woods 等 | 299792.4588 | 0.0002 | |
| 1980 | Baird 等 | 穩頻氦氖雷射器 | 299792.4581 | 0.0019 |
| 1983 | 國際協議 | (規定) | 299792.458 | (精確值) |
- esu 即 electrostatic units 的縮寫; emu 即electromagnetic units
[编辑] 來源
- ^ 国際度量衡局．Unit of length (metre)．SI brochure, Section 2.1.1.1．国際度量衡局．於2007年11月28日查閱．
- 王先鎔譯，Franeis A. Jenkns & Harvey E. Wbite，“光學原理”，正中書局，1967。
- 譚繼山編譯，“雷射與光纖通信”，亞太出版社，1985。
- 陳德請、邱創乾、林宸生，“數位信號處理實務入門”，高利出版社
- 林宸生，“數位信號－影像與語音處理”，全華出版社，1997
[编辑] 参阅
