恒定的光速：爱因斯坦的狭义相对论经受住了高能量测试的考验

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爱因斯坦的理论永不失败

坐落在墨西哥皮里·德奥里扎巴国家公园的HAWC伽马射线天文台探测到来自13500英尺高空的宇宙射线。内格拉火山在背景下若隐若现。

爱因斯坦的狭义相对论在其最严峻的考验中幸存了下来。

洛伦兹不变性，是以荷兰物理学家亨德里克·洛伦兹（Hendrik Lorentz）的名字命名的理论。该理论认为，物理学定律对于整个宇宙中的观察者都是相同的，无论观察者身在何处或移动多快。

洛伦兹不变性是狭义相对论的核心，它预测在任何情况下，真空中的光速都是恒定的每秒186,282英里（299,791公里）。

迄今为止，该速度确实在所有的测量中都是恒定的，即使是在科学家们使用粒子加速器产生的地球上最高能量水平下进行的测量。

一项新的研究报道说，该理论还适用于更高的能量水平，而这更高的能量是由剧烈的天体物理学现象产生的。

研究小组分析了由高海拔水体切伦科夫天文台（HAWC）天文台收集的数据，该系统由位于墨西哥普埃布拉州的一座火山肩上的300个水箱建造而成。 这些储罐内置的灵敏探测器可测量高能伽马射线撞击地球大气分子时产生的粒子的级联。

这项新的研究报告在杂志物理评论快报上在线发表。报告指出，该观测站发现了至少100个太电子伏特以上能量的光子证据，这约为可见光能量的1万亿倍。。

这项研究非常重要，因为它表明即使是那些非常强大的光子也不会超过宇宙速度极限。 研究小组成员说，如果光子的移动速度超过每秒186,282英里，它们将衰减成能量较低的粒子，也永远到达不了水箱探测器。

新墨西哥州罗斯阿莫斯国家实验室的天体物理学家，同时也是HAWC科学合作组织成员的帕特哈丁在一份研究中提到:“相对论在高能量的里的表现形式对我们身边的世界产生了真实的影响。”

哈丁补充道:“大多数量子力学模型表明了相对论的表现能力将会被在高能状态下破坏，”

“我们把对这一些高能光子能量的观察尺度提高了一百多倍。”

在未来HAWC的数据可以更远的推动这些的限制，有利于对狭义相对论提供更严格的测量。

他说：“未来几年内，HAWC会继续收集更多数据并将由罗斯阿莫斯领导的探测器技术与高能分析技术融合，以便于去进一步研究这一物理现象”。

相关知识


在物理学上，狭义相对论（也称为相对论特殊理论）是众人普遍接受的理论与实验结论。

它是一个证明了关于时间与空间之间关系的物理理论。在艾伯特爱因斯坦最初的科研方法中，它建立在两个假说的基础上。

1. 物理学定律是不会改变的（即在所有惯性参照系中与无加速度的参照系中）等等。

2. 在真空中的光速对所有观察者而言都是相同的，不管是光源本身还是人自身的速度如何。

艾伯特爱因斯坦的许多有关狭义相对论的证明工作都是建立在亨迪克洛温兹的早期研究上的。

狭义相对论最初是在艾伯特爱因斯坦于1905年9月26日发表的《运动物体电力学论》中所提出的。

但是在实验中，牛顿的研究与麦克斯韦电磁学理论不符。

麦启森莫利的研究结果（以及其在以后的相关实验中）表明，在历史中人们所假设的光以太并不存在。这就导致了爱因斯坦的狭义相对论的发展，它修整了所有运动力学来处理问题的情况，尤其是那些接近光速的运动（被成为相对速度的）。

当今，狭义相对论被人们所证实是在任何速度下引力的影响都可以被忽略的至今为止最精确的模型。

即使是这样，牛顿模型在宏观低速（比起光速来说）的情况下是一种精简且准确的近似模型，就像在地球上的日常运动一样。