为什么偏偏是光速

光速不变是现代物理学的基础，为什么说真空中的光速是不变的呢？我们从常识、实验、理论逻辑彻底的讨论一下。 常识上光速不变特别反常识。我们的常识速度可以简单叠加，从高速行驶的汽车当中往外扔东西很危险，这是因为对路上的行人来说，你扔东西的速度要叠加车的速度，速度就变快了。 但是如果你打开车灯，不管车的速度有多快，甚至假想车速是光速的百分之九十九，你打开车灯发射出光的速度，对路上的行人而言仍然是三十万千米每秒， 和车静止的时候发光的速度是一样的。你看这是不是很反常识，很反直觉，速度 不能简单叠加，让人感觉很难受。这是因为我们的常识是建立在慢速运动的物体基础上的，所以我们没有看到速度的本质。就好比研究物体转动的时候，你没有看到转动的本质是角度， 不是用角度 ct 来描述转动，而是用三角函数弹键 ct 来描述转动的话，然后你就觉得描述转动很麻烦，不是转动麻烦，而是没有找对本质的物理量。 类似的，运动的本质其实不是速度，而是快度。快度是以光速为单位下速度的双曲，反正切 是一个类似旋转角度的东西，这个快度在速度慢的时候约等于速度，但是呢，在同一个方向，快度可以简单叠加，而光的快度是无穷大。是不是看着睡 远一点？实验上，迈克尔逊莫雷实验验证了光速不变。十九世纪末，也就是一百多年前，迈克尔逊对物理学的发展非常悲观，他认为当时的物理学基本原理已经全部被发现了，留给物理学家的事情就是把实验做的更精确，把物理常数测量到小数点以后第六位。 但是魔鬼就在细节里，当迈克尔逊和莫雷把光速测到小数点后第六位，他们的发现完全颠覆了当时的物理学，他们发现地球运动的速度和光速居然不满足，速度叠加原理， 与地球同向和反向发出光的速度居然是一样的。这就好像你扔出一个手电筒，手电筒向前、向后向任何角度发出的光速度都是一样的。理论上，一八 六五年，迈克思维从他刚刚发现的迈克思维方程组当中推导出了电磁波的速度，就是光速，就是说光速是可以解方程算出来的，并且不管是相对于一个运动的观测者，还是静止的观测者，光速都一样。 一九零五年，爱因斯坦把光速不变原理作为一个基本假设，和相对性原理放在一起，建立了侠义相对论，彻底的打破了亚里士多德和牛顿的绝对是空关。 从狭义相对论的角度，光速不变是一个基本假设，没有更本质的原因可以解释光速不变。 但是现代物理学当中，我们更喜欢把对称性当做第一原理。如果我们把洛伦兹对称性当成第一原理，也就是说时间和空间之间可以相互投影，有点像 转动的这样一种对肾性相当于转动角度的量，就是前面讲到的快度。把洛伦兹对肾性当做第一原理的话，那么光速不变是可以推倒出来的， 也就是说要问光速是不是基本的，能不能推出来，我们先要搞清楚我们在什么理论框架下讨论出发点不同。光速可以是最基本的假设，也可以是导出的结论。 逻辑上，当光速不变已经成为现代物理学的基石之后，其实现在光速不变已经成了一道逻辑体。 这是因为从一九八三年开始，我们已经用光速和时间来定义长度了，这样光速就真成了一个逻辑意义上的长数，是一个精确的长数，连实验误差都没有。最后画个重点，长 时尚光速不变反常识是因为速度不是描述运动最基本的量，更加基本的快度可以叠加光的快度无穷大。 实验上，迈克尔逊莫雷实验验证了光速不变。理论上，麦克斯为方程组可以推导出光速不变。光速不变是狭义相对论的一个基本假设，而现代物理学中，把洛伦兹对身性作为出发点，也可以推导出光速不变。 逻辑上，光速不变已经是长度定义的一部分。这里也问大家一下，我们说光速不变是说速度的大小，也就是速率不变。那么速度的方向是不是可以随观测者而变化呢？ 介质中的光速随观测者而变化吗？光的波长、频率和能量随观测者而变化吗？最后的最后做两个注解，第一，这里我们没有讲以太， 一百多年前，大家认为光是要靠仪态这种介质传播的，所以如果大家看历史上对光速不变的讨论，在仪态的问题上比我前边讲的其实要多绕几个弯，但是现在大家知道光可以在真空中传播，不需要额外的戒指，所以我就没有为大家介绍仪态， 因为把乙态从棺材里边拉出来骂一顿，再塞回棺材里边去，除了多烧一点脑，没有太大的用处。 第二，光速不仅不变，还是速度的上限，已知的任何其他东西都不能跑的比光快。宇宙中有一个速度上限，第一眼看来有点让人绝望，我们就像生活在一个铁屋子里边， 宇宙太大，光速太慢，我们可能永远也没有办法认识整个宇宙，也没有办法建立一个银河地。 但是你可以往积极的角度去想，光速不变算不算是对人类这种年轻文明的一种保护呢？有点像三体里边提到的安全声明， 假如宇宙中有更高级的文明的话，给这些文明限速，我们是不是可能生活的更安全一点呢？当然，无论你怎么想，光速就在哪，光速不变。

宇宙的极限速度为啥是光速啊？光到底有啥特别的地方？了解侠义相对论可以让我们理解这个问题。侠义相对论里面的时间膨胀告诉我们，物体相对观察者的运动速度越快，他时间的流逝速度就越慢。 那为了定量的理解这个问题，我们可以画一个简单的图形来描述物体的时间流失和运动速度之间的关系。当物体静止的时候，他的时间就会正常的百分之百速率流失，而物体达到光速的时候，他的时间流失速度就是零，这是侠义相思论告诉我们的。 同时我们可以得出，当物体的移动速度是百分之五十光速的时候，他的时间流失啊，不是正常速度的百分之五十，而是百分之八十七。如果是光速的百分之八十，那么时间的流失速度就为正常的百分之六十，如果是光速的百分之五，那么物体的时间流失速度将是正常的百分之九十七。那等等我们可以算出很多的点，当我们把 这些点连在一起的时候，我们会发现这是一条曲线，而且是四分之一的圆弧。宇宙中包含了所有物质的运动和时间的关系啊，都可以放在这个曲线上，并且我们可以把这个曲线延伸到左边，画出一个完整的圆，而左边就代表了物体以相反的速度移动啊，跟右边的情况是一样的， 可以看出所有的物体啊都被限制在了这个圆上，物体在空间中的速度无法超过光速，在时间中也有一个最大的速度，那为什么会这样？光速啊，到底有啥特别的地方？ 那谜底啊，就在这个圆上，我们知道任何圆上的物体到圆形的距离，这个值啊，同时体现了物体在空间中的运动速度和时间中的速度， 两个速度统一起来就是我们所说的物体在时空中的速度，而且我们还知道原声的每一个点到原声的距离都是一样的，所以物体不管在空间中的速度如何，是加 加速还是减速，虽然他在原上的位置会发生变化，但是他到原先的距离是不变的。哎，这个距离，这个值啊，就是物体在时空中的速度，他在宇宙中是一个基本常数，他统治的万物，他就是我们所说的光速 c。 这里我们要理解一点啊，这是很多人的误区。 c 之所以是宇宙万物在空间中的速度极限，并不是因为它是光的速度，而是因为 c 是万物在时空中的运动速度。包括你我在内，我们在时空中其实都在于 c 运动。哎，光这个东西啊，恰好在空间中的速度是 c， 哎，在时间中的速度是零， 哎，他在时空这个整体的速度啊，依旧是 c， 那说白了就是我们之所以不能超过光速，是因为我们本身正在以光速在时空中运动，这个时空中的速度 c 啊，是不能改变的，唯一可以改变的是物体在时空中的速度。 c 啊，可以在时间和 空间中自由的分配，如果一个物体在空间中分配的速度小，那么他在时间中的速度就快，这是我们日常生活中大部分物体的情况，在空间中的运动速度远小于光速，而在时间中的速度啊，却非常的快，时间以接近正常的速度流逝。 如果一个物体把在时空中的运动速度 c 啊大部分分配给了空间分量，那么他在时间中的运动速度就变慢。那对于光这种东西来说，就是他把速度全分配到了时间分量上，所以他在空间中的速度就是 c。 哎，在时间中的速度啊，就是零， 所以光跟我们是一样的，他没有啥特殊的地方，只不过是速度分配的方式不同而已。我们把速度大部分啊都分配给了时间，在空间中的速度很小，这就是我们和光的区别。其实我们完全可以换句话来描述宇宙的极限速度，宇宙万物的运动速度不能超过你在时空中的运动速度，宇宙的极 限速度啊，就是你在时空中的速度。所以说光并不特别，他跟你在宇宙中的地位是一样的。我们都在以光速穿越着时空，这就是宇宙的时空性质的一个基本设定。那你如果要问为什么是 c 这个速度，而不是其他的速度，这我们并不知道。 现在人类的科学啊，更多的是描述性的，我们只是发现了宇宙中的一些基本规律而已。好，如果你看了这个视频啊，又觉得悟到了新的知识，就帮忙点个赞。最后长按视频赞赏，送出你的小花花，我们下个视频见，拜拜！

光速在宇宙中每秒传播三十万千米，但是你知道这三十万千米是什么概念吗？现在我希望你全程不要眨眼，因为你一眨眼光就跑出八公里了。冥王星直径两千三百七十六千米，光一秒可以围绕旋转四十点二圈，这是太阳系最小的星星。 月球直径三千四百七十四千米，光一秒钟可以围绕旋转二十七点五圈。水星直径四千八百七十九千米，光一秒钟可以围绕旋转十九点六圈。 火星直径六千七百七十九千米，光一秒钟可以围绕旋转十四点一圈。金星直径一万两千一百零四千米，光一秒钟可以围绕旋转七点八九圈。 地球直径一万两千七百四十二千米，光一秒钟可以围绕旋转七点五圈。海王星直径四万九千两百四十四千米，光一秒钟可以围绕旋转 一点九六拳。天王星直径五万零七百二十四千米，光一秒钟围绕旋转一点八八圈。土星直径十一万六千四百六十千米，光一秒钟围绕旋转硬八二圈。而土星环有二十八万二千千米光一秒仅能围绕旋转零点三四圈。 木星直径十三万九千八百二十千米，光一秒钟可以围绕旋转零点六八圈。这是我们太阳系最大的行星，是不是很牛逼？先别急着眨眼，你以为光速真的很快吗？地球到月球之间的距离是三十八万四千四百千米，就这一丢丢的距离，光需要一点二五秒的时间走完全程。 而宇宙直径达到九百三十亿光年，也就是光需要九百三十亿的时间才能跑完全程，可是宇宙的膨胀早已超越光速，也就是说光永远也逃脱不出本宇宙。怎么样？是不是觉得很牛逼？