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光速不变是现代物理学的一个基本原理。它是爱因斯坦狭义相对论的核心假设之一。这个原理告诉我们,无论观测者如何运动,光在真空中的传播速度始终保持恒定,约为每秒三十万公里。
一八八七年,迈克尔逊和莫雷进行了一个著名的实验,试图测量地球相对于假想的以太的运动。他们预期在不同方向上测量到的光速会有差异。然而,实验结果令人震惊:无论地球如何运动,光速的测量值都完全相同。这个实验结果直接证明了光速不变原理,并推翻了以太假说。
爱因斯坦的狭义相对论建立在两个基本假设之上。第一个假设是物理定律在所有惯性参考系中都具有相同的形式。第二个假设就是光速不变原理:光在真空中的传播速度在所有惯性参考系中都相同。这两个看似简单的假设,却导出了时间膨胀、长度收缩等令人惊奇的现象,彻底改变了我们对时空的理解。
光速不变并不是一个偶然的现象,而是反映了时空结构的基本性质。在爱因斯坦的理论中,时间和空间不再是独立的概念,而是统一的四维时空。光速c是连接时间和空间的基本常数,它决定了时空的几何结构。这个常数不仅仅是光的传播速度,更是宇宙中信息传递的极限速度,是时空本身的固有属性。
总结一下我们今天学到的内容:光速不变是爱因斯坦狭义相对论的基本假设之一。迈克尔逊-莫雷实验为这一原理提供了实验证据。光速不变反映了时空结构的本质属性,光速c是连接时间和空间的基本常数。这一看似简单的原理,彻底改变了我们对宇宙的理解,开启了现代物理学的新纪元。