光是否总是以同样的速度运动？ _小知识

无论你走得多快，有一件事是你永远无法做到的：那就是追上光。光速度不仅是宇宙中传播的最快速度，它被认为是一个普适的常数。不管我们是用闪光灯，看月亮还是太阳，或者从数十亿光年之外测量一个星系，光的速度是唯一不变的。但这是真的吗?光是否总是以同样的速度运动？如果它被某物（介质等）减速，它就不会慢下来了？它会慢下来吗，它会加速到光速吗？

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（图）银河系中心的多波长视图显示了恒星、气体、辐射和黑洞等。但是这些来自所有的光线，从伽玛射线到可见光到射灯，总是以同样的速度在真空中运动：真空中光速。图片版权：NASA/ESA/SSC/CXC/STScI
解释这些问题首先让我们从一个基本层面的光开始：一个粒子

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（图）以光的速度传播的振荡同相电场和磁场定义了什么是电磁辐射，电磁辐射的最小单位（或量子）称为光子。 Public domain image
它可能看起来不像一个粒子，当你看到它来自像一个灯泡，一个光源手电筒、激光器、甚至太阳，但那是因为我们不能看到单个粒子。如果我们用电子探测器代替我们的眼睛，我们发现宇宙中所有的光是由同类型粒子组成的：光子。它在所有光子之间有几个相同的属性：
1、它的质量 (是 0) ，
2、它的速度 (总是C ，光速) ，
3、它的自转 (总是1 ，它的固有角动量的度量) ，
其中很重要的一个变化是它的能量。紫外光具有人类肉眼可见的任何光子的最大能量，而红色则具有任何可见光光子的最小能量。在更低的能量是红外线、微波和射电光子、而紫外线、X 射线、和伽马射线光子可以发现在更高的能量。

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与电磁波谱的各个部分对应的大小、波长和温度/能量尺度。图片版权：NASA and Wikimedia Commons user Inductiveload
通过真空的空间，不管它们的能量是什么，它们总是以光速运动。不管你追赶或跑得多快，都不重要；你看到它的速度永远是一样的。改变的东西不是速度，而是是光的能量。向光线移动它看起来更蓝，把它提升到更高的能量，远离它它看起来更红，转移到更低的能量。不管你如何移动，如何使光移动，或者你如何改变能量，都会导致光速改变。最高能量的光子和最低能量的光子以完全相同的速度运动。

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所有的无质量粒子以光的速度传播，分别包括光子、胶子和引力波，进行电磁，强核力和引力相互作用。图片：NASA/Sonoma State University/Aurore Simonnet
但是如果走出真空进入一个材料（介质），它是可以的慢下来的。任何对光线（可见光）透明的材料都能使光子通过它, 包括水、丙烯酸、晶体、玻璃甚至空气。但由于这些材料中有带电粒子，特别是电子，它们与光子相互作用，使它们减慢速度。即使光不带充电，行为像一个波，当光子在空间中移动时它会呈现出振荡的电场和磁场，并能与带电粒子相互作用。只要光在材料（介质）中传播这些相互作用减慢它并且导致它移动以速度小于光速。