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簡單總結(jié)下，光的特性： 1、早期的雙縫實驗中，光表現(xiàn)得像波；
2、在光電效應(yīng)中，光表現(xiàn)得像粒子；
3、在1900年，普朗克提出了新的輻射理論，如果要徹底解釋黑體輻射，就必須將光量子化。也就是說光只能是一份一份的能量，而不再是連續(xù)的，只有這樣才能解釋黑體輻射。
我們已經(jīng)知道光的本質(zhì)就是一種光量子，它具有波粒二象性、疊加態(tài)以及遵守不確定性原理。為了正確描述光的量子特性，我們一般將光默認為波，并采用薛定諤的波函數(shù)描述。
但是光是如何傳播的呢？ 我們都知道聲波和其他機械波都需要介質(zhì)才能傳遞。在相對論出現(xiàn)之前，物理學家認為光波的介質(zhì)是一種充滿宇宙的物質(zhì)，這種物質(zhì)叫做以太。 1905年，愛因斯坦否定了以太，認為光不需要傳播介質(zhì)，光子真空中的速度是恒定的，并且光速是宇宙中最快的速度。 為什么宇宙會有一個速度限制？而且這個限制會是光速呢？ 首先，光速取決于真空的兩個基本屬性，分別是真空介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。而這兩個常數(shù)都是我們精確測量得到的，這些常數(shù)不會改變，也就造成了光速不會改變。這些常數(shù)可以理解為空間對電磁波傳播時帶來的阻力。
目前，還有一種觀點認為：光速具有速度極限可能與量子漲落有關(guān)，光可以在真空中傳播，但是真空并不是空無一物的。真空中總有量子漲落，這就導(dǎo)致真空一個基本的能量值，也叫真空零點能。這種能量對光在真空中的傳播時會起到拖拽的阻力效果，這種阻力就限制了光速不能無限大。
如果真空沒有阻力，那么光速就可能沒有限制？所以，從這個層面來看，光速不能無限大和真空的屬性有關(guān)系。這也就造成了信息的傳播速度有了一個上限，而信息的傳播限制就創(chuàng)造了宇宙中存在無法逆轉(zhuǎn)的因果關(guān)系，因為信息極限速度不能超過光速，所以宇宙中發(fā)生的任何事件并不能立馬達到觀測者的視線中，而正是由于這一點才保護了人類文明。 如果光速無限大，會發(fā)生什么呢？ 1、光速無限大，那就意味著宇宙中任何一個地方發(fā)生的事件，都會同時影響到宇宙中其他所有的事件。那么宇宙中發(fā)生的各種超新星爆發(fā)事件，釋放的大量高能光子，都有可能同時傳導(dǎo)到地球上，這種累積效應(yīng)會給地球帶來的能量是毀滅性的，就會直接摧毀人類文明。
2、在光速無限的宇宙中，任何事件發(fā)生的順序可能會變得混亂，我們也就無法對一個事件的因果關(guān)系有清晰的認知。
3、宇宙中就不會存在紅移現(xiàn)象，我們也不會發(fā)現(xiàn)宇宙背景輻射，自然也就無法了解到宇宙的歷史，整個宇宙的范圍可能會變得無限大。 4、宇宙中的所有恒星的光線可能會同時抵達地球，這樣一來，整個夜空會被照亮，黑夜或許就不再存在了。 事實上，光速不變就意味著宇宙中發(fā)生的任何事情，其影響范圍都是有限的，這個范圍就是光錐。所以才有了光錐之類皆是命運，光錐之外皆是虛妄的說法，
為什么會選擇光子作為宇宙的最大速度，而不是其它粒子呢？ 事實上，宇宙限制的不是光速，而是宇宙需要因果律，因為宇宙如果沒有因果律，那任何時空發(fā)生的事件，其信息量都是無限的，這種無限信息就會違背能量守恒定律，這就是一種bug。 因果率的實現(xiàn)要求宇宙的最大速度有個限制，恰好這個限制由光子承擔罷了。事實上，其它粒子的運動速度也可能達到光速這一數(shù)值。只是因為光子是最早發(fā)現(xiàn)，最普遍存在的粒子，在標準模型中，有61種基本粒子，有靜止質(zhì)量的基本粒子，其運動速度必然會低于速度，沒有靜止質(zhì)量的粒子，速度就是光速，比如光子、膠子。
目前，只有光子能自由的在宇宙中游蕩，其它大部分粒子都有靜止質(zhì)量，比如夸克類，電子類，中微子類。
總結(jié)一下，光速不能無限大，在理論上受限于真空的阻力。光速是恒定的，取決于真空磁導(dǎo)率和介電常數(shù)是恒定的。 |
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