1、 光的思考04物理一班 江峰 PB04203005光光是一種普遍存在的物質，它也是人類最早關注的物質之一；每當人類對光有了新的認識，人類對大自然的認識也就上了一個新的臺階。對光的認識是在不斷的實驗和摸索中發展起來的。難免的會有很多不是太清楚的地方等待我們去開拓，鉆研。光眾所周知，光在不同介質中的運動速度有所不同，它在真空中的速度大約為每秒30萬公里，而在其他介質中的速度則略低于其在真空中的速度。根據現代實驗，光在真空中的傳播速度為29971010厘米/秒，它圍繞地球赤道轉一圈的時間還不到1/7秒 。光速不變原理1905年愛因斯坦發表狹義相對論。他闡述了一個通用原則：相對任何以恒定速度運動的觀察

2、者 來說，不管這個速度是多少，物理原理及光速都是一樣的。這也就強調了光速在物理學的根本地位。 事實上，愛因斯坦在物理學上的重大貢獻在于提出了相對論，而相對論之所以引入關注的原因之一，則在于愛因斯坦提出的相對論中，有一項基本原理,即光速不變原理。光速不變原理光速不變原理涉及到光這種物質與其他物質的關系問題.所謂的“光速不變”是一種通俗的、不夠嚴謹的說法。正確的表述應該是：“光以其特有的速度運動，它的運動速度與發光體的運動速度無關，也與觀測者的運動速度無關。” 測量光速那我們來看看,在歷史上,光速都是怎么樣被測出來的。 由于光速太大了，所以大多數古代的學者(包括原則上不承認瞬時作用原理的亞里士多德

3、)都認為光速是無限大的。近代的開普勒和笛卡爾也持這種看法。 測量光速伽利略首次測量但是伽利略認為光速是有限的,他第一次去測量光速。根據速度（v）=距離（s）/時間（t）就可以從理論上測出光線傳播的速度。在這個測光速的實驗中，存在著兩次反應時間，假定每次反應時間為05秒，則整個實驗中反應時間為1秒鐘，在這段時間內光線已繞地球赤道轉許多圈了。在19世紀以前，沒有一個人在地面上成功地測量了光速的。測量光速天文測量法1676年丹麥天文學家羅默指出光速是有限的 。在這個系統里，木星的衛星蝕一方面作為一個信號供地球上人來觀察，;另一方面此衛星蝕的周期過程又是一個準確的時鐘.如果地球相對于木星的距離不變，或

4、者光速為無限大。則兩次蝕之間的時間間隔是一定的。但是，眾所周知，光速不是無限大，并且地球每時都在改變著它與木星的距離，所以在地球上看到的木星的衛星相鄰蝕之間的時間間隔是變化的。顯然這個變化與地球相對于木星的距離的變化和光速的大小有關。測量光速如圖,若地球在E1和木星在J1看到一次木星衛星蝕，再用平均周期推算此后蝕的時間，一般并不剛好發生在所推算的時間。當地球從E1到E2時，看到蝕的時間較推算出的時間遲。這是因為當地球運動時，地球與木星的距離增大，自木星來的任一信號都必須比前一信號多走一些距離才到達地球。當地球由E4到E5時，地球與木星的距離在減小，自木星來的任一信號都比前一信號少走一些距離。測

5、量光速齒輪法1849年德國物理學家菲索用“齒輪法”測出光速。如圖所示，從S發出的光，射到半鍍銀的平面鏡A上，經A反射后，從齒輪N的齒間空隙射到反射鏡M上，再反射回來,通過半鍍銀鏡A射入觀察者眼中。測量光速旋轉棱鏡法19241927年，美國科學家邁克爾孫綜合菲索和傅科測光速方法的優點，用旋轉棱鏡法，測得了光速.其結果非常接近后來用極其精密的儀器測出的結果.測量光速左邊是凹面鏡將從右面射過來的光線反射到平面鏡，經平面鏡反射凹鏡再反射變成與原方向相反的光線。右邊是八面棱鏡將位于上方的光源射到面1的光線向左反射到凹鏡。反射回來的光線再射到八面棱鏡面3.經面3反射后，光線射到望遠鏡筒,可以被觀察者看見.

6、 (要指出的是凹鏡到八面鏡的距離相當遠)對測量過程的思考事實上，我們可以發現,由于目前測量光速的方法都利用了光的反射現象，而光的反射所經歷的時間卻沒有被考慮進去，因此目前的光速數值應當與真實的情況有所差異。 我們測量到的光速，實際上是由光速不變原理的光的運動和光在介質中由于反射、吸收、再反射（包括折射）所增加的距離、所消耗的時間共同構成的。光速不變？長期以來，光在被物體反射的過程中是否需要時間的問題，至今沒有得到答案。與此同時，發光體在發光的那一刻，光從零速度上升到光速的過程，吸光體在吸收光的那一刻，光從光速下降為零速度的過程，它們都是如何實現的，仍然沒有一個足夠合理的解釋。光速不變？對此，目

7、前的量子力學是用原子內的電子在軌道上的躍遷來解釋光的發射和光的吸收現象的.但是這種躍遷理論并沒有解釋光在生成與吸收過程中是如何變速的，以及這種變速是否需要時間。當然更沒有說明光究竟是用什么東西如何來生成的，而光在被吸收后又變成了其他的什么東西。光速不變？普通物體可以經由常規加速方式而達成以光速運動的狀況嗎？假如普通物體達到光速時它也就變成了光，問題是我們能否用對普通物體加速的方式來制造光？如果不能，那么普通物體所能達到的最高速度又是多少呢？ 如果能，那我們是不是就可以說我們創造了光呢？ 光的其他奇怪性質光在真空中的運動速度與光源運動速度無關，是不變的.舉例說明：例1：某飛機向對于地面速度為v機

8、，飛機上向前發射一顆子彈，子彈相對于飛機的速度為v彈，則子彈相對于地面速度為v=v機+v彈，兩速度是迭加的。若飛機向前發射聲波，情況就不同了。從地面觀察v聲=331m/s，聲速是常數，與飛機速度無關，而聲音相對于聲源（飛機）的速度反而為（v聲v機）。若飛機超音速飛行，則把聲音拋到后面了，聲速為負值。例2，打水漂的時候，石頭不斷拍打水面，最終沉入水中，每一次拍打水面都激起波紋，而波紋是以石頭觸水點為中心向四周擴散的，波速恒定，與石頭速度無關。例3，轟炸機扔的炸彈下落時呈拋物線，炸彈落入海中或大河中，激起很大的波紋，波紋也是均勻向四周擴散，波速恒定，中心是上下振動，不向遠處移動，與炸彈水平速度無關。光的其他奇怪性質如果人運動的速度快到足以跟上光的腳步，光看起來是什么樣子的。理論上它看上去像是你身邊一個靜止的峰，想象你在一枚火箭里，與一道激光脈沖一同沖入宇宙空間。 地球上的觀察者會看到這一脈沖以光速遠去。無論你相對于地球運動的速度為多少，光線仍以光速超越你。 看起來似乎很荒謬，但這是真的。使這為真的唯一途徑，就是你火箭中的居住者和地球表面的觀察者以不同方式衡量時間和空間。 光的其他奇怪性質沒有任何物體能加速到光速。 不管我們建造動力多么強勁的飛船，它們也永遠不能到達光 速。這是因為物體運動得越快，其動能