光在真空中的传播速度约为3×1OA米/秒。它是物质运动的最高速度,能量传播的极限速度。这种理论几乎为所有的物理学家所接受。为什么呢?因为——
1905年,爱因斯坦发表的“狭义相对论”指出:光速,是一切物质运动的极限值,没有任何物质运动的速度可以超过光速。狭义相对论作为现代物理学理论基础之一,其正确性已为现有的许多实验结果所证实。
狭义相对论是从这样两个基本原理出发的:
1.相对性原理:在所有的相互作匀速直线运动的坐标系中,所发生的物理现象都遵从同样的定律。
2.光速不变原理:在所有的相互作匀速直线运动的坐标系中,光在真空中的速度是不变的。
狭义相对论认为:
1.不存在一个“绝对时间”的概念,此为同时性的相对性;
2.不存在一个“绝对长度”的概念,此为长度的相对性;
3.坐标系之间变换遵循于洛伦兹变换。
狭义相对论把质量、能量和光速统一起来,如果我们能够在某种过程中使1克质量的物质消失的话,它就会释放出来8.21×1013焦耳的能量。这些能量,相当于2500吨煤燃烧所释放出来的能量,也相当于2万吨TNT炸药爆炸时所释放出来的能量!第一颗原子弹的爆炸,原子能的成功应用,都证明了质能相当性原理的正确性。
按照爱因斯坦的理论,光在真空里的速度假定已经测量得为300,000公里/秒,它将在任何情况下永远保持不变。譬如说,光顺着地球运动方向前进,会不会比逆着地球前进快一些,就象鸟儿顺风飞翔比逆风飞翔快一些那样呢?回答是:否。对光速的最精确的测定表明,无论光源如何运动,所发出的光的速度永远是不变的。
但是,光速保持为一恒定值,其结果是:
1.随着物体运动速度的增加,物体在运动方向上将会变得越来越短,直到达到光速时长度变为零为止;与此同时,物体的质量将会变得越来越大,在达到光速时质量变为无穷大。
2.随着物体运动速度的增加,运动物体上时间流逝的速率就会不断减小,在达到光速时其时间就会完全停止。
3.质量等价于一定的能量,能量也等价于一定的质量。
如此等等,许多出乎人们意料之外的现象都将发生……
在我们生活的环境里,物体都处于通常的速度下,同光速相差很远很远,因此看不出爱因斯坦所说的那些效应,而是遵循牛顿的运动定律。只有物体达到极大的运动速度时,才能察觉到爱因斯坦所预言的某些变化情况。例如,一个物体以256,000公里/秒的速度相对于我们运动时,我们对它进行测量,则其质量就会达到相对于我们静止不动时质量的2倍。
我们知道,如果给物体施加一定的能量,此能量可以变成物体运动的动能,可以变成物体发热的热能等等。按照爱因斯坦的理论,质量也可以看作能量的一种形式,这已为原子弹爆炸的质能转化所证实。在一般的情况下,物体以通常的较低速度运动,给它施加的能量可以全部变为加速度形式进入物体,使物体运动越来越快,而物体的质量丝毫不变。我们不断给物体施加能量,使物体运动速度不断增大,但是,随着速度增加而以速度形式进入物体的能量越来越少,尽管其运动速度也在不断加快,但速度提高率却不断降低。那么,施加的能量哪里去了呢?我们会发现,物体变重的速率在逐渐增大,也就是说,能量不断以质量的形式进入物体内部,转变为质量的能量则不断增加。
物体运动速度随着所施加能量增加而不断增大,当它的速度增大到接近光在真空中的速度即300,000公里/秒时,所施加的能量即几乎全部以质量形式进入物体。因此,要使物体运动速度不断增加,就必须不断给它施加能量,而在物体达到光速时,不管施加的能量多大,将全部都变成物体的质量的增加量,而物体运动速度一丝一毫都不会再增大了。这就是物体运动速度不能超过光速的原因所在。