最新研究表明,光速無法測量且可以具有各向異性,相對論仍成立?

最新研究表明,光速無法測量且可以具有各向異性,相對論仍成立?

狹義相對論是人類有史以來提出的最偉大的理論之一。從太空旅行、全球定位系統到我們的電網,它都是至關重要的。相對論的中心是這樣的一個事實,真空中的光速是一個絕對常數。問題是,這個事實從未被證實過。

當愛因斯坦提出相對論時,它是為了解釋為什麼光總是以相同的速度傳播。在19世紀晚期,人們認為,既然光以波的形式傳播,它一定是以某種無形的物質作為媒介,這種物質被稱為“以太”。其原因是波需要一種媒介,比如空氣中的聲音或水中的水波。但是如果以太存在,那麼當地球穿過以太時,觀測到的光速一定會改變。但是觀察以太漂移的測量結果是無效的,光速似乎是恆定的。

愛因斯坦發現,問題在於假設空間和時間是絕對的,而光速是可以變化的。相反,如果你假設光速是絕對的,那麼空間和時間一定會受到相對運動的影響。這是一個激進的想法,但它得到了所有對光速恆定的測量的支援。

但一些物理學家指出,雖然相對論假設真空中的光速是一個常數,但它也表明,這個速度永遠無法測量。具體來說,相對論禁止你測量光從A點傳播到B點所需要的時間。為了測量光在一個方向上的速度,你需要在每一端都有一個同步的秒錶,但是相對運動會影響你的鐘表相對於光的速度的速度。在不知道光速的情況下,你不可能使它們同步。你能做的就是用一個秒錶來測量從A到B到A的往返時間,這就是所有對光速的測量方法。

最新研究表明,光速無法測量且可以具有各向異性,相對論仍成立?

由於所有的光的往返速度測量結果都是恆定的,你可能會認為只要把時間除以2就可以了。這正是愛因斯坦所做的。他以為來回的時間是一樣的。我們的實驗與這個假設一致,即光向我們的速度是它離開我們的速度的10倍。光不需要在所有方向上都有恆定的速度,它只需要有一個恆定的“往返平均”速度。如果光速是各向異性的,相對論仍然成立。

如果光的速度隨它運動的方向而變化,那麼我們就會以不同的方式看待宇宙。當我們觀察遙遠的星系時,我們是在回顧歷史,因為光到達我們需要時間。如果遠處的光快速地從某個方向到達我們,我們就會看到那個方向的宇宙的歷史。光到達我們的速度越快,我們看到的“時光倒流”就越少。既然我們在各個方向觀測到的宇宙都是統一的,那肯定說明了光速是恆定的。

最新研究表明,光速無法測量且可以具有各向異性,相對論仍成立?

一項新的研究表明,情況並非如此。事實證明,如果光速隨方向變化,那麼長度收縮和時間膨脹也會隨方向變化。研究小組考慮了各向異性光在一個簡單的相對論模型上的影響,這個模型被稱為米爾恩宇宙。它基本上是一個玩具宇宙,在結構上與觀測到的宇宙相似,但沒有任何物質和能量。他們發現光的各向異性會導致時間膨脹和宇宙膨脹中的各向異性相對論效應。這些效應會抵消光速度變化的可觀測方面。換句話說,即使宇宙是各向異性的,因為光速不同,它仍然看起來是均勻的。

因此,簡單的宇宙學似乎也不能證明愛因斯坦關於光速的假設。有時候,科學中最基本的思想是最難證明的。

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