网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

每秒30万公里!不需要加速的光子,飞行的动力从何而来?

0
分享至

从1983年起,国际单位制干脆用光速来定义"米"这个长度单位:一米等于光在真空中于1/299,792,458秒内行进的距离。这个定义使光速精确地等于299,792,458米每秒,没有小数、不留余地。

然而细究起来,这个数值其实只是一次人为约定的结果,而非实验室里一把尺子一只钟测出来的"自然事实"。

通常测量物体速度的方法很直接:知道两点之间的距离,再知道物体从一点走到另一点所用的时间,距离除以时间就得到速度。例如用高速摄像机拍摄棒球飞过一段已知距离的过程,数清帧数即可换算出速度,起点和终点共用同一台相机、同一套时钟,不存在任何歧义。

但当我们试图把这种方法套用到光身上时,问题立刻就浮现出来。



设想你有一束激光,可以在真空中射向一公里之外的终点。你希望在激光发射的瞬间启动计时器,在它击中终点的瞬间停止计时器。

可是,如果你和计时器都待在起点,你怎么知道光什么时候到达一公里之外?于是你需要两个时钟:一个在起点,一个在终点,光一到就自动触发停表。

真正的难题在于,这两个时钟如何实现同步。最朴素的办法是用一根导线把它们连起来,从一端发出同步脉冲。

可是脉冲本身要以光速(或接近光速)传递,到达对面时已经延迟了,而这个延迟正好等于光走一公里所需要的时间——这恰恰是我们想要测的那个数值。于是陷入了循环:想测光速,就得先知道光速。



那么,先在同一地点把两个时钟校准到完全同步,再把其中一个小心翼翼地搬到终点呢?狭义相对论无情地给出答案:运动中的时钟相对于静止观察者走得更慢。

所以当你把一个时钟搬运到一公里外的那一刻,它早已与起点那个时钟不再同步,哪怕你走得再慢也无法彻底消除这个差异。

要绕开双时钟同步的唯一办法,就是只用一个时钟。



1905年问世的《狭义相对论》让这类思想实验走进了物理学的核心,而爱因斯坦真正名动天下的质能方程E=MC²也诞生于同一年——方程里的C正是真空光速,它既是信息传递速度的上限,也是任何静止质量不为零的物体永远无法企及的速度。

这个常数的分量,由此可见一斑。

借助"一个时钟"的思路,人们在终点放一面镜子,让光反射回来,用起点处的同一个时钟测量来回两公里的总时间。1849年,法国物理学家斐索大致采用这种做法首次通过实验测得光速。

他让一束光穿过快速旋转的齿轮齿缝,射向八公里外山上的一面镜子,再反射回来;通过不断提高齿轮转速,让反射回来的光刚好从下一个齿缝穿过。他由此得到光速约为313,000千米每秒,与今天公认值相差不到5%。



但要注意一个关键细节:被测到的其实是光的往返速度,也就是双程光速。从来没有人真正测过单程光速。

有人提出一个大胆而刁钻的假设:会不会光在某一方向上以速度c运动,而在相反方向上以不同的速度运动,只是来回平均之后恰好等于c?所有基于反射的实验,对此都无能为力。

你也许会想,再把时钟搬运得慢一点、再慢一点,让时间膨胀效应可以忽略,不就行了吗?问题是,一旦单程光速各向异性,时间膨胀公式本身就可能需要修正,情况可能比预想还糟。

于是我们彻底陷入困境:要测单程光速,就得先有同步时钟;要同步时钟,又得先知道单程光速。



这看似只是学究式的争论,不妨设想一个具体场景。火星上的马克要与地球对表。中午12点,地球发信号:"本信号于12:00发出。

"按照爱因斯坦约定,马克知道往返需二十分钟,便假设信号单程走了十分钟,于是把自己的钟设为12:10并立即回复。地球在12:20收到。

此时双方都认定对表成功——地球的12:20就是火星的12:20。



但若单程光速并非各向同速,比如从地球到火星是c/2,从火星到地球是瞬时的,那么信号实际上花了整整二十分钟才到火星,而回信瞬时到达地球。

双方感受到的本地延迟与第一种情形完全一样,但他们的钟实际上差了十分钟,而且他们永远无法察觉或纠正这一差距。

更有意思的是:按这种"去c/2、回瞬时"的约定,马克看到的地球是二十分钟前的样子,但地球上的观察者看到火星却是"实时"的——完全就是火星此刻的状态。推而广之,远在几百光年外的恒星,也可以说我们看到的正是它们此刻的模样,而非几个世纪前的样子。

既然光到达我们之前的"旅程"没有任何可观测信息,这种瞬时解释与常规的c解释在物理上完全等价。



关键在于:双程速度始终是c,物理定律在任何一种单程约定下都成立,没有任何一条物理定律会被打破。既然单程光速无法测量,又不影响任何实验结果,那么讨论它还有什么意义?

许多物理学家诉诸奥卡姆剃刀——光各向同速显然更简洁——于是接受这一约定,继续工作。但重要的是要意识到:这是一种约定,而不是经实验证实的事实,关于它的争论从1905年至今未歇。

光子为什么不需要加速、不需要动力?因为在大爆炸瞬间诞生的一系列宇宙规律中,真空光速是最"直观"的那一条,光子自诞生起就以这个速度运动,静止质量为零使它既没有"起步"也无需"维持"。



由E=MC²反推可得任何一克物质都蕴藏着约90万亿焦耳的能量,相当于2500万度电,这也是核弹拥有惊人威力的根本原因,而原子弹不过是这条方程的"副产品"——方程真正的伟大之处,在于揭示了质量与能量的深层统一。

正因为光速把时间、空间、质量与能量这些概念死死地绑在了一起,当下的我们才会在"单程光速是否可测"这个看似无伤大雅的角落里反复徘徊。

也许这只是宇宙的一个古怪死角;也许当物理学迎来下一次范式跃迁时,单程光速的不可测量恰恰会成为理解广义相对论、量子力学与时空如何统一的关键线索——到那时我们或许会反问:为什么以前没有看出来?

声明:个人原创,仅供参考

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
骇人听闻!身披旭日旗的陈宇昕被遣返,还有律师为他辩护

骇人听闻!身披旭日旗的陈宇昕被遣返,还有律师为他辩护

平老师666
2026-10-21 11:01:22
又曝出轨大瓜,男子自曝妻子出轨班长5个月,班长只给他妻子买过情趣内衣,还曝光俩人大尺度聊天内容

又曝出轨大瓜,男子自曝妻子出轨班长5个月,班长只给他妻子买过情趣内衣,还曝光俩人大尺度聊天内容

汉史趣闻
2026-09-10 18:28:47
记者被打多处受伤!摄像机摔稀碎,警方介入,肇事者面临三大后果

记者被打多处受伤!摄像机摔稀碎,警方介入,肇事者面临三大后果

社会日日鲜
2026-10-21 16:08:03
最悲催的云南铜业:铜价在天上,股价在泥里,完美的“牛市错过”

最悲催的云南铜业:铜价在天上,股价在泥里,完美的“牛市错过”

慧眼看世界哈哈
2026-10-21 11:32:40
社保局查出社保挂靠主要依赖五大稽查手段,系统自动比对

社保局查出社保挂靠主要依赖五大稽查手段,系统自动比对

流苏晚晴
2026-10-21 10:50:52
孙俪自曝小花曾受网上不实新闻影响,担心爸妈离婚

孙俪自曝小花曾受网上不实新闻影响,担心爸妈离婚

韩小娱
2026-10-21 15:19:36
49岁女子煮了存放超2年的核桃,配隔夜剩饭食用,引发重症肝炎合并急性肾衰竭,一度转入ICU

49岁女子煮了存放超2年的核桃,配隔夜剩饭食用,引发重症肝炎合并急性肾衰竭,一度转入ICU

云南网络广播电视台
2026-10-21 20:31:39
泰方:正常赴泰游客不会遭绑架,涉事者多是出境前已被骗;中使馆曾发旅游安全预警

泰方:正常赴泰游客不会遭绑架,涉事者多是出境前已被骗;中使馆曾发旅游安全预警

南方都市报
2026-10-21 10:33:22
炸裂!章子怡套现巨款走人

炸裂!章子怡套现巨款走人

新浪财经
2026-10-18 21:45:22
苹果iPhone Air价格跌破5000元 官方标价为8799元

苹果iPhone Air价格跌破5000元 官方标价为8799元

CNMO科技
2026-10-21 14:31:50
为什么DeepSeek开源操作会让AI大厂集体焦虑?

为什么DeepSeek开源操作会让AI大厂集体焦虑?

小眼睛小世界
2026-10-21 04:18:32
吴曦、武磊、李昂、吉翔、曹睿各持股20%,凑出江苏茉莉瑞博恩!

吴曦、武磊、李昂、吉翔、曹睿各持股20%,凑出江苏茉莉瑞博恩!

江启
2026-10-21 06:32:33
女子半夜借口上厕所,约男网友发生关系,男网友嫌她长得丑不愿意,两人打起来,女子再次被发现身上盖满树叶

女子半夜借口上厕所,约男网友发生关系,男网友嫌她长得丑不愿意,两人打起来,女子再次被发现身上盖满树叶

丫头舫
2026-10-15 20:20:24
第一台安卓阔直板手机来了:6.38英寸LCD屏,999元起!

第一台安卓阔直板手机来了:6.38英寸LCD屏,999元起!

刘奔跑
2026-10-21 17:01:34
终于开张,维尔茨打入本赛季在利物浦的首球

终于开张,维尔茨打入本赛季在利物浦的首球

懂球帝
2026-10-21 04:59:43
雷军:汽车没安全其他都是0,所有的智能性能和创新设计都失去了意义

雷军:汽车没安全其他都是0,所有的智能性能和创新设计都失去了意义

澎湃新闻
2026-10-21 20:36:29
国家发改委:严肃查处不遵守行业管理规定、不执行政府指导价、不按规定明码标价等行为

国家发改委:严肃查处不遵守行业管理规定、不执行政府指导价、不按规定明码标价等行为

北青网-北京青年报
2026-10-20 11:55:03
车评人韩路公开控诉汽车之家“0元白嫖”:借用其名义接400多万元项目,200万转包给第三方,只给本人10万“帮忙费”?

车评人韩路公开控诉汽车之家“0元白嫖”:借用其名义接400多万元项目,200万转包给第三方,只给本人10万“帮忙费”?

都市快报橙柿互动
2026-10-21 16:02:16
马斯克:SpaceX潜在市场规模估算错了 实际规模远超28.5万亿美元

马斯克:SpaceX潜在市场规模估算错了 实际规模远超28.5万亿美元

快科技
2026-10-21 07:06:04
潘功胜,现任中国人民银行的行长,他身上3个经历,你绝对没想到

潘功胜,现任中国人民银行的行长,他身上3个经历,你绝对没想到

李昕言温度空间
2026-10-20 19:32:24
2026-10-21 23:31:00
阿黼体育评论
阿黼体育评论
精彩评论,每日更新
1451文章数 41关注度
往期回顾 全部

科技要闻

SpaceX收入暴涨!马斯克:这事"不再不可能"

头条要闻

21岁男子稻城亚丁高反死亡 其姐与报警人聊天纪录披露

头条要闻

21岁男子稻城亚丁高反死亡 其姐与报警人聊天纪录披露

体育要闻

“我,对得起天津足球!”

娱乐要闻

张柏芝自曝五点陪伴儿子 谢霆锋尴尬了

财经要闻

昔日彩电一哥缘何在今天被挤下牌桌?

汽车要闻

智驾摩尔定律一年十倍跃升 2028迎来L4拐点

态度原创

游戏
家居
本地
亲子
公开课

《雷电1、2》登陆PS5等主机!爷青回 售价约50元

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

本地新闻

一场垂直登高赛跑出了"山城"的真正内核

亲子要闻

深度长文:放下就哭,一抱起来走就不哭,婴儿到底在配合谁?

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版