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
重磅:乌克兰摧毁卢甘斯克电信数据大楼!传出数十起爆炸

重磅:乌克兰摧毁卢甘斯克电信数据大楼!传出数十起爆炸

项鹏飞
2026-10-21 16:58:16
老人误饮“白桃香氛洁厕慕斯” 误食日化品后四大急救误区(2026·10·20)

老人误饮“白桃香氛洁厕慕斯” 误食日化品后四大急救误区(2026·10·20)

新京报
2026-10-20 19:38:14
老人想买特斯拉被字体劝退!马斯克秒回:加 马上加

老人想买特斯拉被字体劝退!马斯克秒回:加 马上加

快科技
2026-10-19 11:28:11
惠阳区城投集团原总经理助理席旭辉被双开

惠阳区城投集团原总经理助理席旭辉被双开

南方都市报
2026-10-21 19:28:08
2008年一名华裔女作家好心给15岁男孩带路,转头就被按在草地上暴打性侵,面对警方讯问男孩竟声称是对方主动引诱自己

2008年一名华裔女作家好心给15岁男孩带路,转头就被按在草地上暴打性侵,面对警方讯问男孩竟声称是对方主动引诱自己

磊子讲史
2026-10-20 17:38:39
好惨!克莱又联盟倒1.....

好惨!克莱又联盟倒1.....

柚子说球
2026-10-20 23:27:58
欧冠前八直通概率更新:巴黎、皇马、阿森纳超9成

欧冠前八直通概率更新:巴黎、皇马、阿森纳超9成

懂球帝
2026-10-21 19:05:46
篮协大洗牌!中国篮协启动换届,郭振明离任,四大候选谁能上位?

篮协大洗牌!中国篮协启动换届,郭振明离任,四大候选谁能上位?

李橑在北漂
2026-10-21 07:52:55
这样的秦主任!放在10年前算不算得上美女?

这样的秦主任!放在10年前算不算得上美女?

放开他让wo来
2026-10-08 16:05:15
刘欢走了才敢说,要他的命不是股骨头坏死,而是明知红灯还硬扛

刘欢走了才敢说,要他的命不是股骨头坏死,而是明知红灯还硬扛

可乐谈情感
2026-10-21 10:49:25
拒绝20次才点头,韩国女星公开与医生男友恋爱始末

拒绝20次才点头,韩国女星公开与医生男友恋爱始末

赴一场山海啊
2026-10-21 00:43:15
大白马股,罕见连续大跌!

大白马股,罕见连续大跌!

数据宝
2026-10-21 11:05:40
后怕!幸好当年未采纳许小年建议,否则中国可能会比现在落后20年

后怕!幸好当年未采纳许小年建议,否则中国可能会比现在落后20年

王二哥老搞笑
2026-10-21 07:26:55
闹大了!100斤花生榨出油44斤、花生渣46斤,凭空少了10斤,湘西村民怀疑油坊动手脚,引发争吵

闹大了!100斤花生榨出油44斤、花生渣46斤,凭空少了10斤,湘西村民怀疑油坊动手脚,引发争吵

火山詩话
2026-10-19 06:14:47
前三季度,北京居民人均可支配收入70405元

前三季度,北京居民人均可支配收入70405元

新京报
2026-10-21 15:34:05
1991年给三峡工程捐10元“巨款”的湖北小学生,找到了!本人回应:“没想到会火,都没好意思跟我13岁儿子说,结果网友全知道了”

1991年给三峡工程捐10元“巨款”的湖北小学生,找到了!本人回应:“没想到会火,都没好意思跟我13岁儿子说,结果网友全知道了”

蓬勃新闻
2026-10-20 23:02:23
宁夏挖出一壶2300年前的战国秦酒,打开后还有3740毫升,检测结果让人服气

宁夏挖出一壶2300年前的战国秦酒,打开后还有3740毫升,检测结果让人服气

落水的焱燚
2026-10-20 07:30:04
恩比德:我建议让詹姆斯客串中锋

恩比德:我建议让詹姆斯客串中锋

体坛周报
2026-10-21 16:38:12
乒乓亚锦赛:男团8强全部诞生!两队率先晋级4强锁定奖牌

乒乓亚锦赛:男团8强全部诞生!两队率先晋级4强锁定奖牌

全言作品
2026-10-21 14:52:56
不再隐忍!回国仅5天,樊振东愤怒发声,原来刘国梁的担忧是真的

不再隐忍!回国仅5天,樊振东愤怒发声,原来刘国梁的担忧是真的

大眼妹妹
2026-10-21 13:37:58
2026-10-21 21:11:00
阿黼体育评论
阿黼体育评论
精彩评论,每日更新
1450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

康奈尔校报做了件石破天惊的事:公布轮奸女生的7人姓名

头条要闻

康奈尔校报做了件石破天惊的事:公布轮奸女生的7人姓名

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

亲子
游戏
本地
手机
公开课

亲子要闻

3岁孩子也会抑郁?医生提醒:压力根源藏在父母话语里

四人合作中式恐怖游戏《捉迷藏》于10月22日正式发售

本地新闻

一场垂直登高赛跑出了"山城"的真正内核

手机要闻

8000元入手回收仅3500元!iPhone Air被吐槽不保值

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