导语

人类在宇宙中探寻了许多奥秘，但有一件事却是无可争议的:在宇宙中，光速是无可争议的速度之王，任何超过光速的速度都是不可能的。然而就在伽利略用简单的实验计算出一瞬间就能横跨整个地球的光速时，人类却发现那并不是事实，原来光速受到了限制。那么在宇宙中，光就是最快的吗?

一、光要怎么“快”起来?

在1609年，当伽利略拿着举起望远镜仰望星空时，他首先注意到的并不是月球表面的山川，而是海滨正处于悬崖溜滑状态的火炬。远远的就能看到正在燃烧的灯芯衬的红色火焰，而光源所发出的“光”，则还未照射到他的眼中，所以伽利略觉得奇怪，火炬里的光为何会先照射到他眼中，而火焰还未这么做。于是他决定用灯光的运行时间计算一下光速，这样就迈出了人类对光速探索的第一步。

伽利略用的是一个简单的方法:他让燃烧着的灯芯衬两端分别有人举着，然后找一块很远的地方，用一名观测者站在那里，让另一名助手去灭了的石头火炬点燃。当助手把火炬拿开的时候，观测者就开始点火炬，这样一来，即使火炬离观察者很远，他也会第一时间发现点燃的火焰，于是观察者就需要用手中的计时器测量石头火炬点燃到他点燃的时间。伽利略估算，这个时间就是从光从火炬散射出去照射到观察者身上的时间，所以观察者手中的时间就是火炬的光运行时间。而石头火炬的离他的距离是他所处位置离火炬的距离，所以伽利略用这个时间除以他身边的助手留下来的时间:便得到了石头火炬点燃后光从火炬散射出到照到他身上的速度。

伽利略这样一来就简单的计算出了光速的数值，但是他的数值很明显是非常不准确的:他用的观测仪器不仅不精确，而且他还没想到使用算术平均的方法来消除人为误差。但是尽管伽利略的想法和测量方法很简单粗糙，但是他的精神却是非常珍贵的:这是人类第一次认识到光就算再“快”，也有着自己的速度极限，而且有可能被人计算出来。

伽利略在当时没有计算出光速的准确数值，但是1930年代的德国物理学家罗默纠结自己的心上这件事，不断进行的实验测量也终于在1676年取得了收效。罗默首先准备了一个亮度适中的灯泡，放置在离自己较远的地方，而后他朝着灯光用手摆了一个大大的阴影，然后用另一只手摇着扇子使得阴影跳动起来。凭借着自己扎实的数学基础，罗默很快就用运行时间和阴影的空间大小建立了光速模型，最终他计算出了速为310^8米每秒。虽然传记和研究显示罗默实验真实性存在争议，但是即使这份实验真的是伪造的，它依然成功的将光速的数值拉到了310^8米每秒的数量级上。

而后的60多年时间里，世界上讈许多人都做过这方面的实验，然而他们并没有一人能够比罗默的实验更准确地测出光速的数值。所谓的“测量光速”实验简单来说，就是让一个光源发出光，然后观察者在一定距离观察这束光时间，这个距离和时间的比值就是光速。这一实验显然比伽利略的方法精准很多，但是它同样存一个毛病:光速太快了。假如观察者的观察能在瞬间就完成，那么光速就能瞬间测出来，这简直像是用尺去测量原子核大小。然而实际上观察者人类，他们的反应时间甚至比光速都慢许多，正是这个反应时间的存在，使得他们用这一实验测量出的光速都会受到较大的人为误差影响。

1926年，丹麦物理学家布拉德雷试图用这一实验测量光速。为了减小人为误差的影响，布拉德雷考虑用太阳作为光源，观察地球在天空中的光影来测量光速。这样一来，他的反应时间就不会影响光速测量的准确度了，更高的实验准确度使得布拉德雷测量出的最终光速能达到3.0710^8米每秒，这一数值不仅是人类测量得到的最准确的光速数值，也无疑将光速的概念固定在了310^8米每秒上。

二、光速受限的物理原因。

为什么光这么快，人类却可以度量它?造成光速略显“缓慢”的最大原因是光一直在使用的媒介:真空和空气。真空是我们所知的万物最透明的媒介了，但是它也不能满足所有物理的要求，光在真空中运行的速度才是宇宙中真正的光速，而人类无法利用真空来进行光速测量。

人们在平时观察的光都是穿过空气后的光，它在空气中的速度要比在真空中慢了许多，这是因为光在空气中会和气体中物质发生碰撞，会增加光的运动时间。光在空气中的碰撞增加的时间在我们对光速的测量中会被算进最终的光速测量数据里，这是为什么光看似快，我们却能算出它的原因。

有人或许会问，为什么不能用真空进行测量呢?

毕竟现代物理技术水平如此之高，造出真空环境这种看似触手可及的环境应该不是问题?其实真空环境是可以造出来的，然而随之而来的就是光无法测量出的问题了。假设我们在一个完全由真空构成的容器中安装了一个被点燃的灯泡，然后到外面用仪器检测这个灯泡的亮度的同时，让人造出的光在内部进行光速测量，我们就可以完全测量出光速了。

但是这样一来就会出现一个很让人痛心的问题:真空中的光速和真空之外的光速不同，真空中的光速更大，但是即使外部人工变化容器的材质使真空环境变得更加亲和，最终的光速都不会等于外部真空中光的速度。这个问题的原因在于光速的另一个物理衍生量:折射率。不同材质的透明媒介对光的速度的改变程度是不一的，而在现实的真空制造中不存在无论对光速都是1的理想材料，这就注定了真空中光速的无法测量。这个问题听起来似乎没什么好解决的，然而奇妙的是，这个问题的提出就影响了人类对光速探索的方向，而最终产生了引领人类探究自然的从事新物理理论:光速的最大极限论。

三、开启光速新篇章。

科学发展是人类永恒的主题，而当人类发现自己在一方面的探索上不能再进一步的时候，他们就会将努力转移到其他方面。光速的超越之路虽然被人为设定了永远达不到的终点，但是追求科学的人们并不甘心就此放手，他们将目光转移到了其他速度上，不断成长的技术水平极大的辅助了人们在物理学领域的探索。

现在，人们最主要关于光速的探索不是它的大小了，而是光速的精确度:人们不再满足于知道光速的数量级，他们想知道光速的小数数据。人工测量得到的光速数值在19世纪后一直保持在3.07*10^8米每秒附近，但是这并不意味着光速已经被人们完全探知了。首先在测量技术的进步下，法国物理学家斐索利和美国物理学家傅科在1850年代为了进一步提高光速测量的精确度开发了一种新的测光方法:旋转镜法。原先人们用来测光速的工具只能在地平线上使用，但是这种工具的准确度并不够，而两位物理学家的发明使工具可以在更高的空间上使用了，大大提高了仪器的准确度。

再后来的世纪间，世界各地又有众多物理学家研究出了许多更精确的光测速工具，如干涉仪和激光技术等，这些新方法大大提高了人们对光速的准确测量程度。而在此之外，人们还通过不停的探索其他自然现象和理论，对光运行的环境进行改变，进一步提高了光速测量的精确程度。

四、光速的限制和带来的启示。

光速不限于物理学领域，它还带来了许多哲理和生活启示。首先是光速和时间的关系，根据相对论，一个在以光速运动的物体看到的时间是静止的观察者的时间的3/4，这个现象在短距离里体现不出来，但是在星际航行这种环境下人们的时间就会被“拉长”。与此同时，光速还让人们思考了许多未来可能的更快速度:大家都知道光比其他速度要快得多，那么宇宙中是否还有比光飞得更快的物体呢?人们运用物理学的知识探索这个问题时就提出了超光速的物体，并且不断探索理论进行实证，只是目前国际上并没有达到共识。

但是现在人们却有了一个更现实的主见:虫洞。虫洞是将两个遥远空间通过曲折连接的一种空间，同样由相对论得到，虽然虫洞目前的科学证据不够充分，但是它却有理论支持:即使空间本身的物质在波动中会产生至少接近于光速移动的情况，那么对物体来说，虫洞中就算光速还是快不过了。另一方面，人类正在进行的与光速同样快不过的探索还有星际旅行。我们目前从宇宙探测器的探空速度看，人类的飞船也无法做到超光速飞行，这就要求现代宇航科技不仅在飞行速度上有所突破，还要让飞船在太空中能够长时间保持良好的状态让人类得以完成长距离探索。

当人们探寻和反思光速的同时，人类的科技水平也在与之同步提高。光速啊，尽管你因为我们变得慢了，但是正是有了你，我们才能放慢脚步看清世界的飞速发展。

结语

长久以来，光和光速一直受到人类无穷可能的垂青，他们在不断的探索中不仅对其进行了轨迹的探究，还在其带来的启示下对更深层次的事物有了更丰富的想法，就像在19世纪工业革命中，光的本质是物体发出光，然而通过对于光的控制，人类却发明了许多探究光速时不存在的产品:比如光学仪器。光不确定性的魅力正是人类探索和发展的源泉，而这种魅力永远不会被枯竭。