宇宙最高速度为什么不能超过光速？光速不变推导和实证都不容置疑

的关法规范化

很多网友对光速不变定律感到疑惑，甚至质疑，是怎么确定宇宙最高速度是光速的？

光速不变，是指无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,都为299792.458公里/秒。也就是说，即使两束相对发射的光，它们的相对速度也是299792.458公里/秒，跟我们日常的认识完全不一样，是不是？

我们现在都知道光属于电磁波（虽然具有波粒二重性），那么光必然也遵循麦克斯韦方程组。

根据麦克斯韦方程组，可以计算出光速c=sqrt(1/μ0ε0)（其中μ0和ε0分别是真空介电常数和磁导率，都是常数），对于任何参考系应该都成立。

虽然麦克斯韦方程组并没有明确光速不变的，但是由于麦克斯韦方程组本身并不依赖于某个特定的参考系，以上的推导也没有预先规定一个参考系。由此可见，在任何一个惯性系中，麦克斯韦方程组都成立，真空光速是一个基本宇宙常数，麦克斯韦方程组是隐含了光速不可变的。

麦克斯韦方程组虽然是最美的公式，也是最不可置疑的公式。但是仅靠理论计划，还是让有些人难以接受的，那么光速不变有哪些实践证明呢？

最著名的光速不变证明的四项事实如下：

1) 恒星光行差。

——光行差不随时间变化，所以光速也不随时间变化。所有恒星的光行差都为20.5″角距，证明所有恒星的光速都相同。

因为地球以每秒30千米的速度绕太阳公转，因此，对于一颗正在头顶上方的恒星，在地球上看来，光线并不是垂直照下来的，而是有一定的倾角仅，这个角度被叫做光行差常数，它与恒星的距离无关。

光行差是由英国学者布莱雷德观测发现的，他的初衷是为测定恒星的周年视差，却于失败中意外发现了光行差。1725年，他测出天龙座的一颗星存在以一年为周期的20″的微小位移，可是位移的方向与预期的视差位移不同。他成功地解释了这种物理效应，并把它定名为光行差。α约为20.5″。将α的观测值和地球的公转速度代入k=v／c（k为光行差常数）的公式，就可以求出光速。

2) 恒星都是一个一个的小圆点。

——如果光速是变化的或者是不同的，那么恒星应该具有多个位置和任何拉长的现象，如好像一段线。然后这跟实际观察不一样，恒星都是一个个小圆点，所以可以反正光速不变。详细推理和计算有点多，有兴趣的朋友可以自己查找。

3) 恒星都静止。

——所有恒星的光速都不随时间变化而变化，始终恒为常数c不变。这是因为如果光速不断变化，则看起来恒星必然是运动的，原理和2）类似。

4) 太阳光迈克尔逊——莫雷实验。

迈克尔逊——莫雷实验的背景：当时科学界都认为宇宙中充满不可见的物质“以太”，所有星球都处于以太之中，可以想象为浸没水中一样。由于地球绕太阳运动，我们必定在穿越以太，同时又由于地球在自转，我们有时候会迎着以太穿越，有时会背着以太穿越。

如果以太存在，且光速在以太中的传播服从伽利略速度叠加原，这意味着光速对于我们会时快时慢。那么只要测出光速的变化，也就证实了以太的存在。基于这种思想，还是1887年，，迈克耳逊和莫雷进行了实验，用一个分光镜将一束光分成两束相互垂直的光，让它们经过一系列的反射后再进行干涉，原理如下图。

如果以太风存在，那么S-M1段反光的时间t1：

S-M1段反光的时间t2：

加入有以太存在，或者说光的速度存在变化，那么t1和t2的时间应该不一致，就会在O上面产生干涉条纹移动。

根结果大家都知道了，没有干涉条纹的移动，也就是说光速没有变化！一丝一毫都没有！

就目前人类认知而言，无论是从推导计算，还是从实际观察检测，都没有发现光在真空中传播速度发生过变化，永远是一个常数。

光速不变原理是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。当然，从相对论的质增效应解释，任何携带信息的物质，是不可能达到光速的，更不可能超过光速。因为当物质速度无限接近于光速的时候，它的质量就会变得无穷大。

随着技术的发展，现在的实验和检测手段都比过去有了质的提升，但是仍然没有发现传递能量或者携带信息的物质超过光速，也没有发现光速在真空中传播的速度发生变化！

原文地址：今日头条