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◎光速恒定的內在原因分析

光速為什么不多不少，恒恒定定，無論光源運動多快，永遠是約30萬公里每秒？

光速恒定，是愛因斯坦相對論的重要理論基礎。因為它可以被當作一項公理，所以沒有想過去證明它。

其實，這是可以證明的?，F在就來解釋，為什么光速會恒定為30萬公里每秒，而跟光源的運動速度無關，并在后文證明光速也跟測量者的運動速度無關。

光速恒定表現在無論觀測者運動速度是多少，他測出的光速永遠是Ｃ。如果一個以Ｃ高速向前運動的人，來測量一束同向光線的速度，按照常理，他應該是與光線同速并行，測出的光速應該是０。可是，他測出的光速并不是０，而是Ｃ。

為什么會發(fā)生這種事情？原因在于：一，時間是隨著測量者運動速度變化而變化的。這可以解釋光速為何不隨測量者的運動速度變化而變化（兩者同向時）。相對論已經有了時間會隨測量者運動速度變化而變化的推論。當速度增加時，時間會變得緩慢。

光速是不會隨著光源運動速度改變而改變的。這是一個非常奇特的事實。一艘靜止的飛船上發(fā)出一束光，光速為C，同時一個人以10公里每秒的速度在飛船內向前運動。當飛船加速到以20公里/秒飛行時，按照經典伽利略變換規(guī)則，這時那個人的速度相對靜止地面的速度是20+10=30公里每秒。光速相對于靜止地面的速度應該會增加到C+20公里每秒。為什么光速還是C不變呢？

只能有一個解釋。

光束的運動必定有一個特殊的機制。正是這個機制，使得光源在運動時，也無法超過C的限制。又是這個機制，使得光束一經發(fā)出，又自動達到C，不會多一點，也不會少一點。

這個特殊機制到底是什么呢？

根源在于發(fā)生于一百四十億年前的宇宙大爆炸。

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◎宇宙輻射場―――電磁波的加速與傳播機制

宇宙創(chuàng)世之初的大爆炸，發(fā)出了無數的高能射線，這些射線直到現在都沒有消失，一直彌漫在宇宙中的每一個地方。其初始速度就是現在的光速：約30萬公里每秒。此后這個速度就再也沒有變過，形成了現在遍布宇宙每個方向每個角落的宇宙微波背景輻射。它制造出一個充滿宇宙的大電磁場。只要光源在這個電磁場中振動，立刻就能被充滿宇宙的電磁輻射加速到30萬公里每秒。

波在空間中傳播，是需要介質的。振源產生了振動，通過介質將振動的能量傳遞出去。這是波運動的一致方式。聲波就是通過介質來傳播的，人們可以聽到聲音，是因為空氣可以將聲波的振動傳遞出去。由于真空沒有介質，聲波便無法在真空中傳播。這一點人們都能理解。電磁波，包括光波在內，卻完全不一樣，可以在真空中傳播。科學家們對此一直很不解。牛頓提出，在宇宙中存在著一種物質，名叫以太。光波就是在以太中傳播的。

邁克爾遜和莫雷為了證明以太的存在，做了一個著名的實驗，將光束向兩個相反的方向發(fā)出。由于地球是以高速運動在以太中，以太就象風一樣，吹過地球。本來沒有風，當你乘坐高速列車時，你卻能感到空氣的阻力，一陣陣狂風般吹進車窗。所以在以太風的存在下，兩束光中與地球公轉方向相同的那一束相當于逆風而行，與地球公轉相反的另一束則相當于順風而行。它們將在速度上有一定差異。根據其差異就可以求出地球相對于以太的運動速度，也就是地球的公轉速度。

他們驚奇地發(fā)現，無論如何精準地測量，兩束光的速度是完全相同的，沒有絲毫差別。這令他們百思不得其解。

這個實驗，證明了以太是不存在的。而愛因斯坦，也正是根據這個實驗的啟示，提出了狹義相對論，指出光速的恒定性，在任何運動系都保持一致。

那么，光波和其它電磁波是通過什么介質來運動，傳遞能量的呢？在證實以太不存在后，科學家普遍認為，電磁波的傳遞不需要介質的存在。在真空里電磁波也能傳遞。

電磁波的傳遞確實不需要介質。因為電磁波具有波粒二向性。機械波傳遞需要介質，因為機械波是純粹的波動。電磁波所具有的粒子特性是與機械波最大的不同。電磁波粒子就是電磁量子―――光子。光子其實并不是通過自已的飛行，而是通過不斷產生新的后代光子而在宇宙中高速傳播。

光子在被光源發(fā)出后，其運動特點是怎樣的呢？光是一般電磁波。電磁波貌似是光子通過飛行來傳播的。就象開槍打出一粒子彈，子彈通過飛行到達目標。可光子其實并非如此。打開手電射出一束光線，手電通過電力效應產生電磁輻射，這種電磁效應，導致相互垂直的電場與磁場的相互轉換，會產生光子。運動的電場會自動產生磁場，運動的磁場又會自動產生電場，一旦運動的電場開始運行，就會一直這樣轉換下去，一環(huán)套一環(huán)，每一環(huán)都會因為電場與磁場的相互轉換而產生光子。所以，光線或電磁波的傳播，本質上是電場與磁場的傳播，在傳播過程中產生了光子這樣的副產品。一個探照燈如果能照到月球，那這束光飛到月球的那些光子，其中并不光是從探照光上射出來的原始光子，而還包括非常多在電場磁場相互轉換時新產生出來的光子。電磁波在傳遞時，光子都在作上下波動。同時光子也在以光速向前飛行，因為光子質量為0，所以會立刻被宇宙輻射風加速為光速。

之所以電磁波能達到那么快的飛行速度，主要還是因為電場與磁場這種相互轉換的速度非常快，達到了光速。

而宇宙內部的空間并非完全的真空，而是由各種充滿宇宙的微波輻射形成的超級大電磁場。光子其實充滿著整個宇宙空間。

電場與磁場的這樣相互轉換而向前傳播的速度決定了電磁波傳播的速度。由于宇宙充滿了正在相互轉化的電場與磁場，這些場相互影響，使得每一個新電磁場的傳播速度都固定在了這個速度，即光速。

在量子力學里，力被解釋為是在場中通過交換基本粒子來實現的。電磁力是電子之間在電磁場中交換光子產生的；強核力是質子與中子在楊――米爾斯場中交換膠子而產生，弱核力是電子與中微子在楊――米爾斯場中交換W玻色子或Z玻色子。這就是標準模型，將三種基本力統(tǒng)一了起來。

正是這些宇宙輻射電磁場的存在，使得光線以精確的光速傳播。宇宙輻射電磁場里充滿了電磁量子。這些能量子就是電磁波得以迅速傳播的介質。電磁波就是通過它們來傳遞能量與波動。彌漫于宇宙的電磁輻射能將任何剛剛由電磁振源發(fā)射出的電磁波加速為30萬公里每秒。

宇宙的原始大爆炸產生的輻射，其速度多少是關鍵。決定了現在所有電磁波的速度。如果這個原始速度是60萬公里每秒，那么我們的光速常數C就不是30萬公里每秒了，而應該是60萬公里每秒?？梢钥隙ǎ谄渌纥c大爆炸而產生的宇宙里，光速常數將是形形色色的其它數字。我們所處的宇宙的光速常數一直是約30萬公里每秒，完全是一個非常偶然狀態(tài)下形成的結果。

現在可以解釋為何光速不隨光源運動而變化了。