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◎光速恒定的內(nèi)在原因分析

光速為什么不多不少，恒恒定定，無論光源運(yùn)動(dòng)多快，永遠(yuǎn)是約30萬公里每秒？

光速恒定，是愛因斯坦相對(duì)論的重要理論基礎(chǔ)。因?yàn)樗梢员划?dāng)作一項(xiàng)公理，所以沒有想過去證明它。

其實(shí)，這是可以證明的?，F(xiàn)在就來解釋，為什么光速會(huì)恒定為30萬公里每秒，而跟光源的運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，并在后文證明光速也跟測(cè)量者的運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)。

光速恒定表現(xiàn)在無論觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)速度是多少，他測(cè)出的光速永遠(yuǎn)是Ｃ。如果一個(gè)以Ｃ高速向前運(yùn)動(dòng)的人，來測(cè)量一束同向光線的速度，按照常理，他應(yīng)該是與光線同速并行，測(cè)出的光速應(yīng)該是０。可是，他測(cè)出的光速并不是０，而是Ｃ。

為什么會(huì)發(fā)生這種事情？原因在于：一，時(shí)間是隨著測(cè)量者運(yùn)動(dòng)速度變化而變化的。這可以解釋光速為何不隨測(cè)量者的運(yùn)動(dòng)速度變化而變化（兩者同向時(shí)）。相對(duì)論已經(jīng)有了時(shí)間會(huì)隨測(cè)量者運(yùn)動(dòng)速度變化而變化的推論。當(dāng)速度增加時(shí)，時(shí)間會(huì)變得緩慢。

光速是不會(huì)隨著光源運(yùn)動(dòng)速度改變而改變的。這是一個(gè)非常奇特的事實(shí)。一艘靜止的飛船上發(fā)出一束光，光速為C，同時(shí)一個(gè)人以10公里每秒的速度在飛船內(nèi)向前運(yùn)動(dòng)。當(dāng)飛船加速到以20公里/秒飛行時(shí)，按照經(jīng)典伽利略變換規(guī)則，這時(shí)那個(gè)人的速度相對(duì)靜止地面的速度是20+10=30公里每秒。光速相對(duì)于靜止地面的速度應(yīng)該會(huì)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(gè)解釋。

光束的運(yùn)動(dòng)必定有一個(gè)特殊的機(jī)制。正是這個(gè)機(jī)制，使得光源在運(yùn)動(dòng)時(shí)，也無法超過C的限制。又是這個(gè)機(jī)制，使得光束一經(jīng)發(fā)出，又自動(dòng)達(dá)到C，不會(huì)多一點(diǎn)，也不會(huì)少一點(diǎn)。

這個(gè)特殊機(jī)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(chǎng)―――電磁波的加速與傳播機(jī)制

宇宙創(chuàng)世之初的大爆炸，發(fā)出了無數(shù)的高能射線，這些射線直到現(xiàn)在都沒有消失，一直彌漫在宇宙中的每一個(gè)地方。其初始速度就是現(xiàn)在的光速：約30萬公里每秒。此后這個(gè)速度就再也沒有變過，形成了現(xiàn)在遍布宇宙每個(gè)方向每個(gè)角落的宇宙微波背景輻射。它制造出一個(gè)充滿宇宙的大電磁場(chǎng)。只要光源在這個(gè)電磁場(chǎng)中振動(dòng)，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(zhì)的。振源產(chǎn)生了振動(dòng)，通過介質(zhì)將振動(dòng)的能量傳遞出去。這是波運(yùn)動(dòng)的一致方式。聲波就是通過介質(zhì)來傳播的，人們可以聽到聲音，是因?yàn)榭諝饪梢詫⒙暡ǖ恼駝?dòng)傳遞出去。由于真空沒有介質(zhì)，聲波便無法在真空中傳播。這一點(diǎn)人們都能理解。電磁波，包括光波在內(nèi)，卻完全不一樣，可以在真空中傳播?？茖W(xué)家們對(duì)此一直很不解。牛頓提出，在宇宙中存在著一種物質(zhì)，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(gè)著名的實(shí)驗(yàn)，將光束向兩個(gè)相反的方向發(fā)出。由于地球是以高速運(yùn)動(dòng)在以太中，以太就象風(fēng)一樣，吹過地球。本來沒有風(fēng)，當(dāng)你乘坐高速列車時(shí)，你卻能感到空氣的阻力，一陣陣狂風(fēng)般吹進(jìn)車窗。所以在以太風(fēng)的存在下，兩束光中與地球公轉(zhuǎn)方向相同的那一束相當(dāng)于逆風(fēng)而行，與地球公轉(zhuǎn)相反的另一束則相當(dāng)于順風(fēng)而行。它們將在速度上有一定差異。根據(jù)其差異就可以求出地球相對(duì)于以太的運(yùn)動(dòng)速度，也就是地球的公轉(zhuǎn)速度。

他們驚奇地發(fā)現(xiàn)，無論如何精準(zhǔn)地測(cè)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(gè)實(shí)驗(yàn)，證明了以太是不存在的。而愛因斯坦，也正是根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的啟示，提出了狹義相對(duì)論，指出光速的恒定性，在任何運(yùn)動(dòng)系都保持一致。

那么，光波和其它電磁波是通過什么介質(zhì)來運(yùn)動(dòng)，傳遞能量的呢？在證實(shí)以太不存在后，科學(xué)家普遍認(rèn)為，電磁波的傳遞不需要介質(zhì)的存在。在真空里電磁波也能傳遞。

電磁波的傳遞確實(shí)不需要介質(zhì)。因?yàn)殡姶挪ň哂胁６蛐?。機(jī)械波傳遞需要介質(zhì)，因?yàn)闄C(jī)械波是純粹的波動(dòng)。電磁波所具有的粒子特性是與機(jī)械波最大的不同。電磁波粒子就是電磁量子―――光子。光子其實(shí)并不是通過自已的飛行，而是通過不斷產(chǎn)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(yùn)動(dòng)特點(diǎn)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(dá)目標(biāo)?？晒庾悠鋵?shí)并非如此。打開手電射出一束光線，手電通過電力效應(yīng)產(chǎn)生電磁輻射，這種電磁效應(yīng)，導(dǎo)致相互垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)的相互轉(zhuǎn)換，會(huì)產(chǎn)生光子。運(yùn)動(dòng)的電場(chǎng)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)又會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生電場(chǎng)，一旦運(yùn)動(dòng)的電場(chǎng)開始運(yùn)行，就會(huì)一直這樣轉(zhuǎn)換下去，一環(huán)套一環(huán)，每一環(huán)都會(huì)因?yàn)殡妶?chǎng)與磁場(chǎng)的相互轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生光子。所以，光線或電磁波的傳播，本質(zhì)上是電場(chǎng)與磁場(chǎng)的傳播，在傳播過程中產(chǎn)生了光子這樣的副產(chǎn)品。一個(gè)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(chǎng)磁場(chǎng)相互轉(zhuǎn)換時(shí)新產(chǎn)生出來的光子。電磁波在傳遞時(shí)，光子都在作上下波動(dòng)。同時(shí)光子也在以光速向前飛行，因?yàn)楣庾淤|(zhì)量為0，所以會(huì)立刻被宇宙輻射風(fēng)加速為光速。

之所以電磁波能達(dá)到那么快的飛行速度，主要還是因?yàn)殡妶?chǎng)與磁場(chǎng)這種相互轉(zhuǎn)換的速度非?？欤_(dá)到了光速。

而宇宙內(nèi)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(jí)大電磁場(chǎng)。光子其實(shí)充滿著整個(gè)宇宙空間。

電場(chǎng)與磁場(chǎng)的這樣相互轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化的電場(chǎng)與磁場(chǎng)，這些場(chǎng)相互影響，使得每一個(gè)新電磁場(chǎng)的傳播速度都固定在了這個(gè)速度，即光速。

在量子力學(xué)里，力被解釋為是在場(chǎng)中通過交換基本粒子來實(shí)現(xiàn)的。電磁力是電子之間在電磁場(chǎng)中交換光子產(chǎn)生的；強(qiáng)核力是質(zhì)子與中子在楊――米爾斯場(chǎng)中交換膠子而產(chǎn)生，弱核力是電子與中微子在楊――米爾斯場(chǎng)中交換W玻色子或Z玻色子。這就是標(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)的存在，使得光線以精確的光速傳播。宇宙輻射電磁場(chǎng)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(zhì)。電磁波就是通過它們來傳遞能量與波動(dòng)。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(chǎn)生的輻射，其速度多少是關(guān)鍵。決定了現(xiàn)在所有電磁波的速度。如果這個(gè)原始速度是60萬公里每秒，那么我們的光速常數(shù)C就不是30萬公里每秒了，而應(yīng)該是60萬公里每秒?？梢钥隙?，在其它奇點(diǎn)大爆炸而產(chǎn)生的宇宙里，光速常數(shù)將是形形色色的其它數(shù)字。我們所處的宇宙的光速常數(shù)一直是約30萬公里每秒，完全是一個(gè)非常偶然狀態(tài)下形成的結(jié)果。

現(xiàn)在可以解釋為何光速不隨光源運(yùn)動(dòng)而變化了。