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如果光速是无限的,会发生什么?

 安喜的空间 2022-05-25 发布于上海
在物理学史上,光总是有点神秘。首先,我们无法确定它是粒子还是波。有时它表现得像波,就像早期狭缝实验中的情况一样。有时它表现得像一个粒子,就像光电效应中的情况一样。在1900年左右,普朗克提出了他的黑体辐射理论。为了使黑体辐射有意义,光必须被量化。
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我们现在知道光本质上是一个量子物体,它的行为主要类似于波,但在测量时可以呈现出类似粒子的特性。为了正确地描述它,我们必须像对待所有量子物体一样考虑它,正如薛定谔方程的波函数所描述的那样。但这又引出了另一个问题,如果光是波,它是如何传播的?经典物理学提出了以太的想法来解释这一点。这是一个看不见的背景介质,它充满了整个空间,光之类的东西可以通过它传播。
但在 1905 年,一位名叫阿尔伯特·爱因斯坦的杰出科学家用他的狭义相对论扼杀了以太的想法。在他的理论中,光在真空中的传播速度总是恒定的。从那以后,我们就精确地测量了这个光速。为什么宇宙有一个速度上限?为什么这个上限不是无限的?这就是我们今天要谈的。
光速无限
光速取决于真空的两个基本属性,这两个属性称为真空介电常数和磁导率。它们是测量常数,没有理论可以解释它的来源。我们可以将这些常数视为空间对电磁波传播的阻力。由于空间对其传播具有抵抗力,因此这对光速施加了有限的限制。如果这个阻力低得多或根本不存在,那么光速就会快得多,甚至可能是无限的。
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那么如果真的没有阻力并且光速是无限的会发生什么呢?请注意光速在我们宇宙中的物理意义,它是信息流动速度的上限,它与因果关系和局域性密切相关。这意味着,如果我们与某个物体有一定的距离,那么我们无法立即了解有关此对象的任何信息,有关它的信息需要一定时间才能传播到你那里。
想象一下,如果光速是无限的话,那么信息可以立即从宇宙的一部分到另一部分,这意味着宇宙中任何一点发生的事件都会影响其他所有点。例如,在数万亿公里之外的太空中,可能有一百万颗超新星爆发,这可以立即杀死我们,因为我们将在地球上同时体验到它们。所以就不会有局域性这个东西,它指的是宇宙中的物体仅受其周围环境的直接影响。
因果关系也与光速有关,考虑两个相互关联的事件,例如A导致B。如果光速无限的话,许多其他的观察者则会认为这两件事是同时发生的。在光速无限的宇宙中,观察者将无法同意事件的顺序,因此不会就因果关系达成一致。
光速不恒定
在现实世界中,光速与观察者无关。换句话说,无论您的速度多快,都会测量出相同的光速。不过,当我们说光速在现实世界中是恒定的,我们指的是真空中的光速,因为在不同的介质中光速是不同的。但是,如果我们再次让光速变化,让它变得不恒定,那么会出现什么情况呢?
事实上,我们将不得不扔掉我们在现代物理学中学到的一切。改变光速可能意味着相对论是错误的,因为光速不再是恒定的,我们可以根据不同的参考系获得任何速度。量子场论是错误的,因为它包含了狭义相对论。量子力学可能还可以挽救一下,但我们将回到1900年之前的牛顿经典世界,我们将没有时空,只有一个绝对时间的三维世界。
事实上,我们可能不得不重新创造发光以太的想法,来解释光是如何根据参考系的选择而移动的。

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