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科學家終于能夠測量光速了

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這個標題看起來像標題黨。

如果你隨便問一個學過中學物理的人:
光速是多少?

大多數人都能脫口而出一個數字:
299792458 米每秒。



甚至有人會補一句:
這是一個“精確值”,不是測出來的。

沒錯,從 1983 年開始,“米”這個單位本身,就是用光速來定義的
一米,被規(guī)定為光在真空中用 1/299792458 秒走過的距離。

聽起來很硬核,也很干脆。
但問題恰恰出在這里。

我們定義了光速,卻從來沒有真正“單向測量”過光速。

這事乍一聽,很多人會覺得有點離譜。

光速不是早就測過了嗎?
邁克爾遜、莫雷、費索……
實驗史都能寫一本書了。

但你如果仔細看那些實驗,會發(fā)現一個共同點:
它們測的,全都是“往返光速”,不是單程光速。



也就是說,光從 A 點出發(fā),到 B 點,再反射回來,
你用同一個鐘,記下總時間,再除以兩倍距離。

這在工程上完全沒問題,
但在物理概念上,它留下了一個無法繞開的漏洞。

假設你想測一顆子彈的速度。

方法很簡單:
一邊放個觸發(fā)器,子彈飛過去啟動計時;
遠處放個靶子,子彈打中停止計時。

前提只有一個:
起點和終點的時鐘是同步的。

對子彈來說,這不是問題。
但對光來說,問題來了。

你要同步兩個相距幾公里的時鐘,
你靠什么同步?

答案通常是:
靠光信號。

但這就形成了一個邏輯閉環(huán):
你想測光速 → 你需要同步時鐘 → 同步時鐘需要知道光速。

這不是技術問題,是原則問題。

為了繞開同步問題,物理學長期以來采用了一種聰明但保守的辦法:
只做往返測量。



光從 A 到 B,再從 B 回 A,
用同一個時鐘記時間。

這保證了實驗可操作,但也帶來了一個代價:
所有方向差異,都會被平均掉。

你可以打個不太嚴謹但直觀的比方。

一架飛機順風飛 900 公里每小時,逆風飛 1100 公里每小時。
你只測“去+回”的平均速度,結果是 1000。

但你永遠不知道:
去的時候慢了,回來的時候快了。

光速的問題,本質上就是這個結構。

1905 年,愛因斯坦在提出狹義相對論時,很清楚這個麻煩。

他的做法并不是“解決”,
而是明確地“規(guī)定”

他提出了一個同步約定,大意是:

我們規(guī)定,光從 A 到 B 的時間,等于從 B 到 A 的時間。

注意,這不是實驗結論。
是一個約定。

愛因斯坦自己說得很直白:
這不是關于光本性的假設,而是一個人為選擇的定義。

在這個約定之上,相對論才能順利展開。
時間膨脹、長度收縮、同時性的相對性,
全都建立在這里。

從現代科學規(guī)范看,這種做法多少有點大膽。
但當年的物理學界接受了它。

原因也很現實:
如果你不這么做,理論根本推不下去。

而且更重要的是:
在所有可實驗檢驗的結果上,這個約定和實驗完全一致。

于是,這個問題就被長期擱置了。

20 世紀末,一些物理學家開始重新翻這本老賬。

他們提出一個看似危險的問題:
如果單程光速在不同方向上真的不一樣,會怎樣?

結論是:
現有實驗幾乎區(qū)分不了。

只要你保證“往返光速恒定”,
很多物理定律依然成立。

這讓問題從“實驗物理”滑向了“物理哲學”。

事情的轉機,來自一個并不新的效應。



在旋轉系統(tǒng)中,把一束光分成兩路:
一路順著旋轉方向走,
一路逆著旋轉方向走。

當它們重新匯合時,會出現相位差。

這個現象早在 20 世紀初就被發(fā)現,
現在廣泛用于光纖陀螺、導航系統(tǒng)。

這就是薩尼亞克效應



和很多相對論效應不同,
薩尼亞克效應不需要平方級精度。

它對旋轉速度非常敏感,
而且可以在地球尺度上測到。

這就給了物理學家一個新思路:
能不能利用地球的自轉,來“破局”?

20226年,有研究者提出一個具體方案。

思路并不復雜:

  • 在地球表面鋪設一段長光纖
  • 在特定天文條件下,從一端發(fā)射光信號
  • 在另一端記錄到達時間
  • 同時利用薩尼亞克效應,精確測量地球表面相對于慣性系的運動速度



關鍵在于:
薩尼亞克效應本身,不依賴單程光速假設。

通過它,可以反推出地球在某個“優(yōu)選參考系”中的運動狀態(tài)。

一旦這個狀態(tài)被確定,
再結合光傳播時間,就能反推出單程光速。

按論文估算,如果光纖長度在 10 公里量級,
需要測量的是幾個納秒級的時間差。

這在今天的計時技術里,并不是不可想象。

真正難的是:
系統(tǒng)誤差、地球軌道參數、位置精度。

但至少,在原理層面,
這是第一次有人給出一條完整、不循環(huán)的測量路徑。

如果真測出來了,會發(fā)生什么?

這里需要潑一盆冷水。

就算未來實驗真的發(fā)現:
某個方向上的單程光速略有不同,



也不意味著相對論“崩了”。

更可能的情況是:
我們對“時間”“同時性”的理解,需要更精細的表述。

但有一件事是確定的:

這會把一個被當作“約定”的東西,重新拉回實驗領域。

而這,正是物理學最核心的進步方式。

<參考:Spavieri, Gianfranco, and Espen Gaarder Haug. “The One-Way Linear Effect, a first order optical effect.” Heliyon 9.9 (2026)>

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