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光速不变原理

指数 光速不变原理

光速不变原理是狭义相对论的两个基础公设之一,在狭义相对论之中,指的是无论在何种惯性参照系中观察,光在真空中的传播速度相对于该观测者都是一个常数,不随光源和观测者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299,792,458公尺/秒。 光速不变原理是由联立求解麦克斯韦方程组得到的,并为迈克耳孙-莫雷实验所证实。光速不变原理是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。 在广义相对论中,由于所谓惯性参照系不再存在,爱因斯坦引入了广义相对性原理,即物理定律的形式在一切参考系都是不变的,这也使得光速不变原理可以应用到所有参考系中。.

14 关系: 廣義相對論光速光速可變理論真空狭义相对论相对论相对性原理观测者超光速麦克斯韦方程组迈克耳孙-莫雷实验阿尔伯特·爱因斯坦惯性参考系

廣義相對論

广义相对论是現代物理中基于相对性原理利用几何语言描述的引力理论。该理论由阿尔伯特·爱因斯坦等人自1907年开始发展,最终在1915年基本完成。广义相对论将经典的牛顿万有引力定律與狭义相对论加以推廣。在广义相对论中,引力被描述为时空的一种几何属性(曲率),而时空的曲率则通过爱因斯坦场方程和处于其中的物质及辐射的能量與动量联系在一起。 从广义相对论得到的部分预言和经典物理中的对应预言非常不同,尤其是有关时间流易、空间几何、自由落体的运动以及光的传播等问题,例如引力场内的时间膨胀、光的引力红移和引力时间延迟效应。广义相对论的预言至今为止已经通过了所有观测和实验的验证——广义相对论虽然并非当今描述引力的唯一理论,但却是能够与实验数据相符合的最简洁的理论。不过仍然有一些问题至今未能解决。最为基础的即是广义相对论和量子物理的定律应如何统一以形成完备并且自洽的量子引力理论。 爱因斯坦的广义相对论理论在天体物理学中有着非常重要的应用。比如它预言了某些大质量恒星终结后,会形成时空极度扭曲以至于所有物质(包括光)都无法逸出的区域,黑洞。有证据表明恒星质量黑洞以及超大质量黑洞是某些天体例如活动星系核和微类星体发射高强度辐射的直接成因。光线在引力场中的偏折会形成引力透镜现象,这使得人们可能观察到处于遥远位置的同一个天体形成的多个像。广义相对论还预言了引力波的存在。引力波已经由激光干涉引力波天文台在2015年9月直接观测到。此外,广义相对论还是现代宇宙学中的的理论基础。.

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光通常指的是人類眼睛可以見的電磁波(可見光),視知覺就是對於可見光的知覺。可見光只是電磁波譜上的某一段頻譜,一般是定義為波長介於400至700奈(纳)米(nm)之間的電磁波,也就是波長比紫外線長,比紅外線短的電磁波。有些資料來源定義的可見光的波長範圍也有不同,較窄的有介於420至680nm,較寬的有介於380至800nm。 而有些非可見光也可以被稱為光,如紫外光、紅外光、x光。 光既是一种高频的电磁波,又是一種由称為光子的基本粒子組成的粒子流。因此光同时具有粒子性与波动性,或者说光具有“波粒二象性”。.

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光速

光速,指光在真空中的速率,是一個物理常數,一般記作,精確值為(≈ m/s)。這一數值之所以是精確值,是因為米的定義就是基於光速和國際時間標準上的。根據狹義相對論,宇宙中所有物質和訊息的運動和傳播速度都不能超過。光速也是所有無質量粒子及對應的場波動(包括電磁輻射和引力波等)在真空中運行的速度。這一速度獨立於射源運動以及觀測者所身處的慣性參考系。在相對論中,起到把時間和空間聯繫起來的作用,並且出現在廣為人知的質能等價公式中:.

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光速可變理論

光速可變理論認爲光速(以c表示)是時空的函數,因此不是確定的數值。在經典物理學中,真空中的光速是一個常數,在國際單位制中被定義為c.

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真空

真空是一種不存在任何物質的空間狀態,是一種物理現象。在真空中,聲波因為沒有介質而無法傳遞,但電磁波的傳遞不受真空的影響。粗略地說,真空是指在一區域之內的氣壓遠遠小於大氣壓力。真空常用帕斯卡(Pascal)或托爾(Torr)做為壓力的單位。目前在自然環境裡,只有外太空堪稱最接近真空的空間。 真空下的氣壓為零,有些情形下,氣壓小於大氣壓力,但不為零,此時稱為局部真空,有些也簡稱為真空。 在局部真空的情形下,若其他條件不變,氣壓越低,表示越接近真空。例如一般的吸塵器的吸力可以使氣壓降低20%。也可以以產生更接近真空的條件,像化學、物理及工程常見的腔體,其氣壓可以到大氣壓力的10−12,粒子密度為100粒子/cm3,對應約100粒子/cm3。外太空更接近真空,相當於平均一立方公尺只有幾個氫原子,估計本星系群的密度為 for the Local Group,原子質量單位為,大約一立方公尺有40個原子。根據現代物理學的了解,即使空間中的所有物質都移除了,因為量子涨落、暗能量、經過的γ-射线和宇宙射线、微中子等現象,空間仍然不會是完全的真空。在近代的粒子物理中,將視為是物質的基態。 自古希臘起,真空就是常帶來爭議的哲學議題,但到了十七世紀西方才開始實驗上的研究。埃萬傑利斯塔·托里切利在1643年進行了第一個真空的實驗,而隨著他大氣壓力理論的出現,也開始產生其他的實驗技術。托里切利真空是將一端封閉的長玻璃容器(超過76公分)中裝滿水銀,倒置在裝滿水銀的容器中,長玻璃容器上方的真空即為托里切利真空。 20世紀在電燈泡及真空管問世後,真空變成一個有價值的工業工具,也出現了許多產生真空的技術。载人航天的進展也讓真空對人類及其他生物的影響開始感興趣。.

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狭义相对论

-- 狭义相对论(英文:Special relativity)是由爱因斯坦、洛仑兹和庞加莱等人创立的,應用在惯性参考系下的时空理论,是对牛顿时空观的拓展和修正。爱因斯坦在1905年完成的《論動體的電動力學》論文中提出了狭义相对论Albert Einstein (1905) "", Annalen der Physik 17: 891; 英文翻譯為George Barker Jeffery和 Wilfrid Perrett翻譯的(1923); 另一版英文翻譯為Megh Nad Saha翻譯的On the Electrodynamics of Moving Bodies(1920).

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相对论

对论(Theory of relativity)是关于时空和引力的理论,主要由愛因斯坦创立,依其研究对象的不同可分为狭义相对论和广义相对论。相对论和量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化,它们共同奠定了现代物理学的基础。相对论极大的改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念,提出了“同时的相对性”、“四维时空”、“弯曲时空”等全新的概念。不过近年来,人们对于物理理论的分类有了一种新的认识——以其理论是否是决定论的来划分经典与非经典的物理学,即“非古典的=量子的”。在这个意义下,相对论仍然是一种经典的理论。.

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相对性原理

物理定律在一切参考系中都具有相同的形式,这就是相对性原理。相对性原理是物理学最基本的原理之一,它指出不存在“绝对参考系”。在一个参考系中建立起来的物理定律,通过适当的坐标变换,可以适用于任何参考系。相对性原理最初是由伽利略提出,当时的适用范围是经典力学。爱因斯坦将其推广到包含力学和电磁学的整个经典物理学范围,后来更进一步将引力现象也包含进来。.

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观测者

观测者(英文:Observer)。是物理学中,理想化的(通常是假想的)测量相关物理性质的人或仪器。 在相对论中,观测者有特别的意义,由于信息的传播是有速度的,那么某一时刻能够影响到一个观测者的事件是有一定范围的,此时观测者能影响到的事件也是有一定范围的,这个范围称为光锥。对于此时的观测者来说,光锥之外的宇宙是没有意义的。 在狭义相对论中 观测者更多是指惯性参考系。有时也会指代任意非惯性参考系;特殊情况下,匀加速参照系(Rindler frame)有时称为「加速观测者」。与此同时惯性参考系也许会称为「惯性观测者」来避免混淆。注意这种用法扩展了「观测者」的本意。参考系固有的非局部构造,覆盖整个时空或者重要部分;因此说观测者(在狭义相对论中)有具体位置是毫无意义的。同样,惯性观测者不可再进行加速,加速观测者也不可停止加速。 Category:狹義相對論.

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超光速

超光速(Faster-Than-Light, FTL或稱Superluminal)是一種速度比光速還快的概念,源自於相對論中對於定域物體不可能超過真空中光速的推論限制,光速成為許多場合下速率的上限值。在此之前的牛頓力學並未對超光速的速度作出限制。而在相对论中,运动速度和物体的其它性质,如质量甚至它所在参考系的时间流易等,密切相关,速度低于(真空中)光速的物体如果要加速达到光速,其质量会增长到无穷大因而需要无穷大的能量,而且它所感受到的时间流甚至会停止(如果超过光速则可能会出现“时间倒流”),所以理论上来说达到或超过光速是不可能的(至于光子,那是因为它在真空中永远处于光速c,而不是从低于光速增加到光速)。但也因此使得物理学家(以及普通大众)对于一些疑似超光速的物理现象特别感兴趣。 相對論出現後,超光速的意义出現在兩個領域,一個是物理上的(包括理論物理和實驗物理)以及天文學觀測方面,另一個是科幻方面,將相關條目條列如下:.

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麦克斯韦方程组

#重定向 馬克士威方程組.

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迈克耳孙-莫雷实验

迈克耳孙-莫雷实验是为了验证“以太”存在与否而做的一个实验,1887年由阿尔伯特·迈克耳孙与爱德华·莫雷合作在美国的克利夫兰进行。.

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阿尔伯特·爱因斯坦

阿尔伯特·爱因斯坦,或譯亞伯特·爱因斯坦(Albert Einstein,),猶太裔理論物理學家,创立了現代物理學的兩大支柱之一的相对论,也是質能等價公式()的發現者。他在科學哲學領域頗具影響力。因為“對理論物理的貢獻,特別是發現了光電效應的原理”,他榮獲1921年諾貝爾物理學獎。這發現為量子理論的建立踏出了關鍵性的一步。 愛因斯坦在職業生涯早期就發覺經典力學與電磁場無法相互共存,因而發展出狹義相對論。他又發現,相對論原理可以延伸至重力場的建模。從研究出來的一些重力理論,他於1915年發表了廣義相對論。他持續研究統計力學與量子理論,導致他給出粒子論與對於分子運動的解釋。在1917年,愛因斯坦應用廣義相對論來建立大尺度結構宇宙的模型。 阿道夫·希特勒於1933年開始掌權成為德國總理之時,愛因斯坦正在走訪美國。由於愛因斯坦是猶太裔人,所以儘管身為普魯士科學院教授,亦沒有返回德國。1940年,他定居美國,隨後成為美國公民。在第二次世界大戰前夕,他在一封寫給當時美國總統富蘭克林·羅斯福的信裏署名,信內提到德國可能發展出一種新式且深具威力的炸彈,因此建議美國也盡早進行相關研究,美國因此開啟了曼哈頓計劃。愛因斯坦支持增強同盟國的武力,但譴責將當時新發現的核裂变用於武器用途的想法,後來愛因斯坦與英國哲學家伯特蘭·羅素共同簽署《羅素—愛因斯坦宣言》,強調核武器的危險性。 愛因斯坦總共發表了300多篇科學論文和150篇非科學作品。愛因斯坦被誉为是“現代物理学之父”及20世紀世界最重要科學家之一。他卓越和原創性的科學成就使得“愛因斯坦”一詞成為“天才”的同義詞。.

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惯性参考系

在经典物理学与狭义相对论中,惯性参考系(常简称为惯性系)是指可以均匀且各向同性地描述空间,并且可以均匀描述时间的参考系。在惯性参考系内,系统内部的物理规律与系统外的因素无关。 所有的惯性系之间都在进行匀速平移运动。不同惯性系的测量结果可以通过简单的变换(伽利略变换或洛伦兹变换)相互转化。广义相对论中,在任意足够小以致时空曲率与潮汐力可以忽略的区域内,人们可以找到一组惯性系来近似描述这个区域。广义相对论中,非惯性系中的系统由于测地线运动原理不会受到外界影响。 物理定律在所有惯性系中形式一致。经典物理学与狭义相对论中,在非惯性系里,系统的物理规律会受到参考系相对于惯性系的加速度影响而发生变化。此时物体的受力要考虑惯性力。比如,落地的小球由于地球自转并不是完全沿直线落下。与地球一起运动的观察者必须考虑科里奥利力才能预测小球的水平运动情况。离心力是另一种与旋转参考系有关的惯性力。.

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