为什么光速如此快
缘由
周五一期一会阮一峰网络日志,分享有篇很有意思的文章。
文章Why is the Speed of Light So Fast? (Part 1)是基于爱因斯坦的基础上探讨的,而我并非想要去看懂他的论证,我只想要了解一个大概。
这里以我的思维方式去简化了推导逻辑
推导逻辑
爱因斯坦用公式E=Xmc2去表示物体的总能,里面包含静能E=mc2和动能E=(X-1)mc2
其中,X是系数,E是能量,m是质量,c是光速即光在真空的速度
为什么是E=Xmc2这个公式形式
参考牛顿在地球得出的动能公式K=1/2mv2,是E=(X-1)mc2的一种形式
既然动能是总量的一部分,互相可以加减,那它们是有一个统一性的,这体现在公式的相似性。这就像化学里面的公式配平,物理公式里面也存在单位配平,也就是说K=1/2mv2是E=Xmc2的一个特解
那推出总能公式大致如能量=X*质量*速度*速度
为什么这个速度是一个固定速度c
静止的物体也有能量,公式不能包含物体自带的速度v(其实v包含在系数X里头)
这个固定速度c为什么是光速
人类习惯用一秒走多少米去衡量速度,蜗牛习惯用天亮之前爬多少堵墙去衡量速度,没有统一的标准
而在宇宙里,有一个囊括所有生物都公认的速度度量衡,那就是光在真空中的速度,它是宇宙速度的极限,是引力波的速度,也是宇宙的自然速度,它的数值是宇宙这个物体的一种属性
但与我们一向认为的不同,宇宙自然速度对于宇宙来说是缓慢的,像是在蠕动前进。例如光从地球飞到太阳需要足足八分钟,而太阳系在宇宙的占比甚至可以忽略不计
可以想像虽然宇宙自然速度是宇宙中最快的速度,就像我们用毫米去丈量地球一样,但当在衡量宇宙里面物体的速度,也不得不去使用它
所以公式里的这个固定速度值就是宇宙自然速度c
评价推导
这个推论先假设物体有静能,类比牛顿动能公式推出计算能量的公式形式,然后再用大框架宇宙去确定里面的速度值。给我的感觉是像用排除法得出的答案,不过也罢,科学论证也不过是大胆假设细心求证的结果
感受
看完这边文章对宇宙有了进一步了解,在诺大的宇宙里人类真的是渺小
作者也用人的动能和内能做对比,动能/内能占比=1/2mv2 / Xmc2 = 1/2X m(v/c)2,我们的速度v相对于c是如此渺小,人类的活动事务能量对于自身质量蕴含的能量是如此渺小,我们的行为远没有我们自身珍贵
有时看着E=mc2会想到,我的静能真的有那么大吗,殊不知这个公式是站在宇宙的角度去写的,借用文章里来自宇宙的一句话去吐槽人类
“But you Earth-creatures … you are like frightened mice, keeping all your activities down to a tiptoe and a whisper! Are you trying to avoid being noticed? Are you cowards, afraid of any drama?“
但是你们这些地球生物......你就像受惊的老鼠,把你所有的活动都控制在踮起脚尖和耳语中!您是否试图避免被注意到?你们是懦夫,怕什么戏吗?”