宇宙中最快的速度是什么速度（宇宙中最快的速度莫过于光速）

光速在真空中是没有变化的，它是一个物理常数，但是在不同介质中光速会有所“变化”。在光的传播过程中，若经过如水、空气、玻璃等非真空的介质，光速就会“降低”。其实光速没有变化，这只是一种延时现象。本文将为您详细介绍。什么是介质？

简单点说就是传播中经过的物质，如水、空气、玻璃等等。光传播途中，当经过这些非真空的介质时，光速就会降低。在玻色–爱因斯坦凝聚这种介质中，光的速度可以降至每秒数米。并且，一个极端是在铷的玻色–爱因斯坦凝聚这种奇异介质中，光的速度“完全停止”。然而，光在介质中的降速，纯粹是因为光在原子间被吸收后再辐射的延时效果。

即使没有材料介质，真空也能够令诸如光，无线电波等电磁波传输。虽然电磁波不需要材料物质传播，但是这种波通常受它们所经过的介质影响，例如在通过吸收或通过介质界面处而发生反射或折射。

在介质中，光的传播速度通常不等于c；此外，不同类型的光波将以不同的速度传播。平面波（填充整个空间的波，只有一个频率）的单个波峰和波谷传播的速度称为相速度vp。具有有限范围的实际物理信号（光脉冲）以不同的速度传播。脉冲的最大部分以群速度（Group velocity）vg传播，其最早部分以波前速度（Front velocity）vf传播。

实线是波包，虚线是波包的包络。当波包传播于空间时，包络是群速度。图：Oleg Alexandrov

相速度对于确定光波如何穿过材料或从一个材料到另一个材料是很重要的。它通常用折射率表示。材料的折射率定义为材料中c与相速度vp的比率：较大的折射率对应着较低的速度。材料的折射率可能取决于光的频率、强度、偏振或传播方向；然而，在许多情况下，它可以被用于与材料有关的常数。空气的折射率约为1.0003。较稠密而深的介质，如水、玻璃、和金刚石，对应于可见光的折射率分别约为1.3、1.5和2.4。在像玻色–爱因斯坦凝聚（Bose–Einstein condensation）这样的奇异物质中（凝聚在一起的绝对零度附近的奇异材料），光的有效速度可能只有几米每秒。然而，这代表了原子之间的吸收和再辐射延迟，材料物质中所有慢于c的速度都是如此。作为光在物质中“减速”的极端例子，两个独立的物理学家小组声称通过将光传递给铷元素的玻色-爱因斯坦凝聚体，可以将光带入“完全停止”的状态。然而，在这些实验里，光被“停止”的流行描述仅仅是指光被储存在原子的激发态中，然后在第二个激光脉冲的刺激下可以在随后的任何时间中重新发射出来。在它“停止”的时候，将不再具有光的通常状态。这种性状在微观上普遍适用于使光速“减慢”的透明介质。

在透明的材料中，折射率一般大于1，这意味着相速度将小于c。在其他材料中，对于某些频率，折射率可能会小于1。在一些奇异材料中，折射率甚至可能变为负值。不违反因果关系的要求意味着任何材料的介电常数的实部和虚部（复数），分别对应于折射率和衰减系数，必须遵守克拉莫-克若尼关系式（Kramers–Kronig relations）。实际上，这意味着在折射率小于1的材料中，波的吸收非常快，以至于没有信号可以比c更快地发送出去。

具有不同的群速度和相速度的脉冲（如果脉冲的所有频率的相速度都不相同，则会发生）会随时间逐渐消失，这个过程称为色散。某些材料的光波群速度特别低（甚至为零），这种现象称为慢光，这在各种实验中已经得到了证实。相反的，群速度大于c也在实验中得到了证实。群速度甚至可能变得无限大或为负值，这时会有脉冲瞬时或向后传播的现象。

然而，这些选项都不允许信息比c传输得更快。用光脉冲传输信息不可能比脉冲最早部分（波前速度）的速度还要快。可以证明，这种情况（在某些假设下）总是等于c的。

粒子通过介质的速度可能比光在该介质中的相速度快（但仍然比c慢）。当带电粒子在介电材料中发挥作用时，就会发射一种被称为契忍可夫辐射（Cherenkov radiation）的激波（Shock wave）电磁等效物。

综上，光速没有变化，在介质中只是被介质中的原子（电子激发态）现象所“阻挡”了它的速度。具体深入的了解需要用到量子力学…

什么是光速？

任何物质都逃脱不了其有的速度，即便是光也是如此。我们平时看到的光，由于其速度惊人，所以肉眼是无法察觉的。根据狭义相对论，在真空下，没有任何物质能够比光还跑得快。

光速在物理中是一个常数，国际时间标准上的定义是，在真空中光的速度是不变的，为299792.458米每秒。那么问题来了，这是如何测得的？请见下文。

光从离开太阳表面算起，需大约8分20秒才能到达地球。图：LucasVB

如何测得光速？

最早测定光速的是奥勒·罗默，他于1676年从测量实验发现光的速度也是有限的。不过，当时的速度值比现在低很多。

此后光速的测定有很多种方法，如光行差、飞行时间法等等。

光行差法是由詹姆斯·布拉德雷在18世纪发现的，其原理是光源(如星体)所在位置遥远以及传播的速度有限，并且地球是在运动的，因而会观测到传播至地球上的光发生了位移。见下图最为明朗，中间的算法就不详细说明了。

最终的结果是在1729年，布拉德雷用光行差算出，光速比地球公转速率快10210倍（实际为10066倍）。

另一种方法是飞行时间法，在已知的距离外放置一面反射镜，再测量光到达镜子反射回来的时间。这是阿曼德·斐索和莱昂·傅科发明的斐索-傅科的原理，如下图所示。

这种方法的精确度比其他现代测量法低（误差在1%）。

跟随时代的进步，光速的测定越来越准确。直到1983年国际单位制对米的重新定义把光速固定为一个准确值，299792.458千米每秒。

光行差：由于光速有限，来自远处的光会因望远镜的移动而产生视觉上位移。图：Yinweichen

布莱德雷的光行差法：1728年,英国天文学家布莱德雷（1693—1762年）采用恒星的光行差法,再一次得出光速是一有限的物理量．布莱德雷在地球上观察恒星时,发现恒星的视位置在不断地变化,在一年之内,所有恒星似乎都在天顶上绕着半长轴相等的椭圆运行了一周．

他认为这种现象的产生是由于恒星发出的光传到地面时需要一定的时间,而在此时间内,地球已因公转而发生了位置的变化．他由此测得光速为：C=299930千米/秒 这一数值与实际值比较接近． 以上仅是利用天文学的现象和观察数值对光速的测定,而在实验室内限于当时的条件,测定光速尚不能实现。

1850年,法国物理学家傅科改进了菲索的方法,他只用一个透镜、一面旋转的平面镜和一个凹面镜.平行光通过旋转的平面镜汇聚到凹面镜的圆心上,同样用平面镜的转速可以求出时间.傅科用这种方法测出的光速是298000 千米/秒。

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