光速

例子

这种行为与我们常见的运动观念不同，如这个例子所示。

乔治正站在一些火车轨道（铁路）旁边的地面上。有一列火车以30英里/小时（48公里/小时）的速度冲过。乔治以90英里/小时（140公里/小时）的速度向火车行驶的方向投掷棒球。火车上的乘客汤姆有一个测量投掷速度的装置（如雷达枪）。由于汤姆在火车上，他已经以30英里/小时（48千米/小时）的速度向投掷方向移动，所以汤姆测量的球速只有60英里/小时（97千米/小时）。

换句话说，汤姆在火车上测量的棒球速度，取决于火车的速度。

在上面的例子中，火车以球的1/3的速度运动，火车上测得的球的速度是地面上测得的投掷速度的2/3。

现在，用光代替棒球重复实验；也就是说，乔治有手电筒而不是扔棒球。乔治和汤姆都有同样的装置来测量光速（而不是棒球例子中的雷达枪）。

乔治正站在一些火车轨道旁的地面上。有一列火车以1/3的光速冲过。乔治向火车行驶的方向发射一束光。乔治测得光速为每秒186,282英里（每秒299,792千米）。汤姆，火车上的乘客，测量光束的速度。汤姆测出的速度是多少？

直觉上，人们可能会认为，在火车上测得的手电筒的光速应该是地面上测得速度的2/3，就像棒球的速度是2/3一样。但事实上，火车上测得的速度是满值，是186282英里/秒（299792公里/秒），而不是124188英里/秒（199861公里/秒）。

这听起来是不可能的，但这就是人们所衡量的。部分原因是光是能量，它的作用和运动方式与物质或固体物体（如棒球）非常不同。

麦克斯韦方程预测了光速，并证实了迈克尔-法拉第关于光是电磁波（能量运动的一种方式）的观点。从这些方程中，我们发现光速与自由空间的允许性ε₀和自由空间的渗透性μ_0的平方根的倒数有关。

c = 1 ε 0 μ 0 .{displaystyle c={/frac {1}{/sqrt {/varepsilon _{0}/mu _{0}}}} .}

这个事实的一个后果是，没有什么东西能比光速更快。另一个后果是，对于有质量的物体，无论用多少能量来提高物体的速度，它都会越来越近，但永远不会达到光速。这些观点是由爱因斯坦在20世纪初发现的，他的工作彻底改变了我们对光的认识。

透明材料的折射率是指真空中的光速与该材料中的光速之比。

计量

Rømer

奥尔-克里斯滕森-罗默利用天文测量法，首次对光速进行了定量估计。当从地球上测量时，当地球接近一个遥远的星球时，绕着该星球运行的卫星的周期比地球从该星球后退时要短。当地球在其轨道上离行星最近的一点时，光从行星（或其月球）到地球的距离比地球在其轨道上最远的一点时短，距离的差异是地球绕太阳轨道的直径。观测到的月球轨道周期的变化，实际上是光穿越较短或较长距离所需时间的差异。罗默对木星最内侧的卫星木卫一观测到了这种效应，他推断出光穿越地球轨道直径需要22分钟。

布拉德利

另一种方法是使用光差，这是詹姆斯-布拉德利在18世纪发现并解释的。这种效应是由来自远处光源（如恒星）的光速和观察者的速度的矢量相加而产生的（见右图）。因此，一个移动的观测者看到的光从一个稍微不同的方向射来，因此看到的光源的位置也从原来的位置移动了。由于地球绕着太阳运行时，地球速度的方向不断变化，这种效应导致恒星的视位置发生移动。根据恒星位置的角差，可以用地球绕太阳的速度来表示光速。这与已知的一年的长度，可以很容易地换算成从太阳到地球所需的时间。1729年，布拉德利用这种方法推算出，光在地球轨道上的速度是地球速度的10,210倍（现代的数字是10,066倍），或者，等价于说，光从太阳到地球需要8分12秒。

现代

如今，"单位距离的光阴"--c（1/c）的倒数，以每一天文单位的秒为单位--是通过比较无线电信号到达太阳系中不同航天器的时间来衡量的。航天器的位置是根据太阳和各种行星的引力效应计算出来的。通过将许多这样的测量结果结合起来，就可以得到单位距离的光阴的最佳配合值。截至2009年^[更新]，经国际天文学联盟（天文学联盟）核准的最佳估计值是：

单位距离的光阴。499.004783836(10) s

c=0.00200398880410(4)AU/s。

c = 173.144632674(3)AU/天。

这些测量的相对不确定度为十亿分之0.02（2×10^-11），相当于地球上用干涉测量法测量长度的不确定度。由于米被定义为光在一定的时间间隔内所走过的长度，所以对单位距离的光阴的测量也可以解释为以米为单位测量一个AU的长度。米被认为是一个适当的长度单位，而非盟通常被用作在某一参考框架内的观测长度单位。

光的畸变：由于光速有限，对于移动的望远镜来说，来自远处的光显得位置不同。

实际效果

光速有限是远距离空间旅行的一个主要制约因素。假设前往银河系的另一边，一条信息及其回复的总时间将是20万年左右。更为严重的是，没有任何航天器的飞行速度能超过光速，因此，所有银河系规模的运输实际上都是单向的，所需时间比任何现代文明存在的时间都要长得多。

在非常短的距离内，光速也会引起关注。在超级计算机中，光速对处理器之间发送数据的速度施加了限制。如果一个处理器以1千兆赫兹的速度运行，那么信号在一个周期内最多只能传输约30厘米（1英尺）的距离。因此，处理器必须彼此靠近，以尽量减少通信延迟；这可能会造成冷却方面的困难。如果时钟频率继续提高，光速最终将成为单芯片内部设计的限制因素。

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