可否舉例說明光速恆定原理？

Question

可否舉例說明光速恆定原理？
並提出反義

Answer 1

愛因斯坦 光速恆定:
光最詭異的特性是「光速不變」

假定有兩個光子，一個來自天南，一個來自地北，相對飛來，請問它們之間的相對速度是多少？您可能會說：「相對速度當然是光速加光速，等於二倍光速，也就是每秒六十萬公里」。哈！大錯特錯！正確答案是：相對速度仍然是光速！物理實驗一再一再地證明，光子的速度，不論是「單個看」、「雙個看」、「絕對看」、或是「相對看」，都是同一個答案---那就是光速。這就是「光速恆定」的真義！這同時也是愛因斯坦相對論的奠基石。

沒有絕對的時間與空間

「光速恆定」不只是違反了我們的直覺經驗而已，它從根本上改變了我們對整個宇宙的認識。人類用來認識物理世界的「量尺」主要有兩把：一把叫做「空間」，一把叫做「時間」。由空間的方向，我們定出上下四方；由時間之前後，我們定出「過去」、「現在」、「未來」。人類拿著這兩把尺來丈量宇宙，心中躊躇滿志，好不得意，覺得天下之大，盡在吾掌心矣。然而這兩把尺的長短，竟然是隨著速度改變的！

一、 長度：一把移動中的尺，竟然比它在靜止狀態時要短！而這縮短是自動的，不是有人故意把它截短。當速度大到接近光速時，它的縮短變得十分明顯。當一把一公尺長的尺以90%光速飛過我們眼前時，在我們看來，那尺的長度只有半公尺長左右。然若尺上有尺神的話，他會認為那把尺還是一公尺長，倒是這些旁觀者每個人都「瘦」了半截，因為在他看來，不是他在動，而是咱們這些旁觀者以90%光速在移動！所以，這尺的長短，真的是「見仁見智」，不是絕對的，而是相對的！

二、 時間：青春不老的秘密，時間也會隨速度改變，當速度越來越快，時間﹝在別人眼中﹞會變得越來越慢。一個以90%光速離您而去的人，在您看來，他的一切都慢了兩倍左右，而他連老化的速度也慢了兩倍。當你高齡100歲時，用超級望遠鏡﹝假如有可能的話﹞觀察他時發現他竟然只是50歲的樣子。假如他以幾乎和光速一樣的速度離開，那他看起來更是「幾乎」和您們當初互道珍重時沒有兩樣！換句話說，高速運動似乎便是「青春之泉」，能使人長生不老。可是這都是相對的，而非絕對的，在他看起來，反倒是您青春不老，因為是您以極高的速度離開他。所以說，這種青春只是一種幻覺---「如露亦如電，應作如是觀」，沒啥好羨慕的。

正是這種時間及空間會隨著速度改變的特性，使得兩個相對而飛的光子的「相對速度」仍然是光速，而不是兩倍光速。說得更精確一點，相對論的妙旨乃是：為了要保持「光速恆定」，結果您我的時間及空間的「度量」，應該都是「人同此心，心同此理」，而相對論卻告訴我們：「你的時間和我的不一樣，你的現在也不是我的現在，你的一尺和我的一尺也不同。」現代科學實驗一再証明，相對論是正確的。在這宇宙中，「時間」及「空間」都不是固定的，反倒「光速恆定」才是建構宇宙的基礎法則！

反義:
澳洲的科學家發現，在過去數十億年，光的速度可能放慢了，假如澳洲的理論獲得證實，將會推翻愛因斯坦的相對論，而物理學的教科書也需要改寫。

澳洲Macquarie大學(Macquarie University)的戴維斯教授(Professor Paul Davies)指出，光線內的電子負荷(electron charge)和光子(photon)，可能已經改變，因而改變了光的速度；科學家相信，當光經過宇宙的空間時，吸收星雲間的某類型質子(proton)，從而改變了光裡面的alpha，將它的體積減少百萬分之一。

科學家是從觀察離地球數十億光年的類星體(quasar)，而推論光的速度在數十億年以前，比較目前的光速快；目前，光的速度是每秒鐘三十萬公里。

科學家認為，當宇宙(Universe)在大爆炸(Big Bang)時，光的速度是非常快的，可能是無限大；這個理論，可以幫助解釋宇宙很多神秘的現象

遠古類星體光譜的觀察可以推得二種截然不同的論點:

1. 若宇宙膨脹純只是大霹靂爆發膨脹力和重力束縛兩者作用的結果 → 以固定哈伯常數推得的星體距離無誤 → 遠古時代的光速和現代一定不同.

2. 若光速恆定 → 以固定哈伯常數推得的星體距離有問題 → 宇宙膨脹還有第三影響因素, 目前很多學者認為那是所謂的 "黑暗能量", 也就是使宇宙得到額外膨脹力的能量.

所以, 覺得光速不一定非恆定不可的人, 認為宇宙黑暗能量簡直是無稽之談; 而相信光速恆定者則認為, 引進黑暗能量的想法總比推翻相對論的基本假設來得好. 孰是孰非? 由於觀測證據的不足, 恐怕短時間內還會停留在這種各說各話的局面, 直到殺手級的新證據出現才有可能拍板定案.