答:相对论中的“光速不变”,本质上是指宇宙存在一个最大速度,这个最大速度正好就是光在真空中传播的速度;关键是“光速不变”,而不是“光的传播速度不变”。 所以,只要光在其他介质中的速度,只要不大于“真空中的光速”,那么相对论就没有任何问题,实际情况也是酱紫的! 说到这里,我们来解释一下,光在介质中的传播速度,为什么会低于真空中的光速! 简单解释:1、我们知道,光是电磁波,常规介质都是由原子组成的; 2、电磁波在进入介质后,会影响介质中的带电粒子发生位移,尤其是自由电子; 3、根据麦克斯韦电磁理论,移动的电荷,必定会重新激发出新的电磁波; 4、于是,射入的电磁波(1)和激发出来的电磁波(2)会发生干涉(叠加),形成全新的电磁波(3),其宏观结果就是新的电磁波(3),传播速度降低了; 5、电磁波(2)的频率取决于电磁波(1),所以两者频率是一样的,叠加后的电磁波(3)也将拥有同样的频率; 6、于是,介质并不会改变光的颜色,只会改变光的信息传播速度; 以上只是对光在介质中,以不同速度传播的简单解释,复杂的解释涉及到相速度、群速度、介电常数等等,相当复杂。 进阶解释对于以上分析,我们可以再进一步。 本质上,单色光在介质中的传播速度,也是真空中的光速,只是因为和介质中的物质发生了相互作用,导致宏观的传播速度降低了! 我们可以用折射率n,来表示光在不同介质中的传播速度,经过非常复杂的推导后,会得到这么一个公式: 该公式表现的性质有: 1、不同频率的光,在同介质中的传播速度是不一样的; 2、同一频率的光,在介质中的传播速度和介质的性质有关; 严格地说,折射率可以大于1,也可以小于1。但并不意味着超越光速,因为在光的传播理论中,“相速度”可以超越光速,但是相速度无法传递信息,传递信息的是群速度,而群速度是不可能超越光速的。 好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯! |
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