光能夠達(dá)到光速并不是因為它需要動力,而是因為在宇宙中,凡是靜止質(zhì)量為0的東西都可以達(dá)到光速,而光子恰好就是靜止質(zhì)量為零。那為什么靜止質(zhì)量為0就可以達(dá)到光速呢?這其實和量子力學(xué)的理論模型有關(guān)。具體原因我們還得從理論物理學(xué)的發(fā)展說起。
如果要給科學(xué)史上的理論物理學(xué)家做一個排名,可能不同的人給出的答案會是完全不同的。不過,有兩位大神肯定會被大家排到最前列,這兩個人就是牛頓和愛因斯坦。牛頓代表的是經(jīng)典物理學(xué),而愛因斯坦則代表的是現(xiàn)代科學(xué),愛因斯坦以及他所在時代的科學(xué)家更像革新者,革了經(jīng)典物理學(xué)的地基,建立了現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱:相對論和量子力學(xué)。
其中,相對論幾乎是愛因斯坦一個人做出來的。相對論被分為狹義相對論和廣義相對論。在狹義相對論中,愛因斯坦以光速不變原理和相對性原理為基本假設(shè)建構(gòu)出來的。
我們通過光速不變原理進(jìn)行推導(dǎo),就可以得到光速是信息、物質(zhì)和能量傳播的最快速度,它們都無法超越這個光速(3*10^8m/s)。這個看法起初很多科學(xué)家都無法接受,狹義相對論誕生后很久才逐漸在實驗中被驗證,被開始被接受。很多人都會有一個疑問:為什么光速是宇宙中物質(zhì)、信息、能量的極限速度,而不是其他的速度?還有光是如何一下子達(dá)到光速的?它的動力之源到底是什么?
標(biāo)準(zhǔn)模型
關(guān)于這個問題,與愛因斯坦同一時代的物理學(xué)家就在研究,前前后后上百位杰出的物理學(xué)家先是創(chuàng)立了量子力學(xué),緊接著結(jié)合狹義相對論和量子力學(xué)推導(dǎo)出了量子場論,進(jìn)而得到到了粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型。
之所以需要這樣一個理論,很大原因是實驗惹的禍。上世紀(jì)初有一個叫做盧瑟福的科學(xué)家通過簡單的“α粒子”轟擊(撞)金箔,就讓他了解到原子模型,并開啟了研究核物理的先河。
后來的科學(xué)家照葫蘆畫瓢開始用粒子”對撞”來獲得微觀世界的物理學(xué)現(xiàn)象。這一“撞”,撞出了上百種粒子,那這些粒子改如何安排的明明白白呢?
物理學(xué)家就搞出了一套標(biāo)準(zhǔn)模型,在這套標(biāo)準(zhǔn)模型中就把這些粒子都安排明白了。這套模型實際上很復(fù)雜,不過我們可以簡單粗暴地來說一下。
話說在古希臘時代,就已經(jīng)有哲學(xué)家在思考這個宇宙到底是咋來的了?
他們當(dāng)時提供了兩個思考這個問題的方向,一個是研究萬物的本源,一個是研究萬物之所以是萬物背后的規(guī)律。前者最后最終逐漸演化成研究萬物最小的構(gòu)成單位,并且在德謨克利特和亞里士多德時代達(dá)到了高峰,不過他們還停留在哲學(xué)思辨的層次,并沒有和微觀的物理學(xué)現(xiàn)象相結(jié)合。
而標(biāo)準(zhǔn)模型則彌補(bǔ)了這個空白,是基于微觀世界的物理學(xué)現(xiàn)象構(gòu)建起來模型。在這個模型當(dāng)中,有兩種構(gòu)成這個世界的粒子,一種叫做費米子,一種叫做玻色子。費米子就好比是把萬物切到最小剩下的粒子,費米子不能處于同一個量子態(tài),因此,它們的存在使得物質(zhì)具有體積的屬性。而玻色子就好比是膠水(通過傳遞相互作用來實現(xiàn)),把費米子粘黏起來形成物質(zhì)。
這么說可能太抽象了,我們來舉個例子,夸克就是費米子,而膠子就是規(guī)范玻色子,三個夸克通過膠子傳遞的強(qiáng)相互作用就可以構(gòu)成質(zhì)子或者中子。
而質(zhì)子和中子可以通過介子傳遞的強(qiáng)相互作用來構(gòu)成原子核,原子核和電子之間是依靠光子傳遞的相互作用來構(gòu)成原子。這里沒有提到的弱相互作用則是用來維持原子核的穩(wěn)定性的。有了原子,通過原子之間的電磁力,就可以構(gòu)成費分子,分子再構(gòu)成物質(zhì)。所以,費米子和規(guī)范玻色子實際上就是古希臘先哲心目中的萬物本源,它們共同構(gòu)成了這個世界。
質(zhì)量之源
說了這么多,你可能要問了,那這和光速有什么關(guān)系呢?
這個理論看似完美,但是卻存在著一個致命的問題:粒子的質(zhì)量從哪來?
根據(jù)這個理論,粒子都應(yīng)該是不具有質(zhì)量的??墒?,科學(xué)家通過計算就發(fā)現(xiàn),物質(zhì)的質(zhì)量99%來自于強(qiáng)互相作用,卻還有剩余的1%不知去向。
為了解決這個問題,幾位科學(xué)家提出了著名的希格斯機(jī)制。他們認(rèn)為宇宙中還存在著一種標(biāo)量玻色子:希格斯玻色子。它們可以賦予粒子質(zhì)量,那它們是如何賦予粒子質(zhì)量的呢?
它們可以讓粒子減速,以此讓粒子獲得質(zhì)量。也就是說,如果沒有任何阻攔,粒子本身就應(yīng)該是以光速傳播,但是有一部分粒子被希格斯玻色子“攔著”,以至于速度被拖慢,并且獲得了質(zhì)量。
萬萬沒想到的是,科學(xué)家的這個理論猜想后來還真的被大型粒子對撞機(jī)的實驗所驗證,其中2位物理學(xué)家在2012年還因為提出希格斯機(jī)制而獲得了諾貝爾獎。
但并不是所有的粒子都會被“拖慢”,光子就不會,所以它具有的速度就是粒子本該有的速度:光速。光子不是慢慢加速到光速的,而是它天生就是光速,也因此它的靜止質(zhì)量為零。
“達(dá)到”這個詞,讓人感覺有一個加速的過程,從零逐漸增加,最后到光速。但是光不會“達(dá)到”光速,因為光的速度永遠(yuǎn)不會低于光速(這里說的是真空中,在介質(zhì)里光速會降低,變成真空光速除以這種介質(zhì)的折射率)。當(dāng)然,也不會高于光速。
光的速度就是一個定值,——光速,大約每秒30萬公里。這就是為什么“光速”是一個自然界的基本常數(shù),而“你的速度”或者“一輛汽車的速度”不是自然界的基本常數(shù),因為這些速度是可變的,而光速不變。
為什么你日常見到的物體速度會改變,會從零逐漸變化,而光卻不會?因為這是狹義相對論決定的。
狹義相對論里,每一個物體都有一個“靜質(zhì)量”m0,就是它在靜止時的質(zhì)量,然后,當(dāng)它運動起來時,質(zhì)量會發(fā)生變化,——這是完全超越日常經(jīng)驗的,但卻經(jīng)過了無數(shù)實驗證實!變成什么呢?
當(dāng)速度為v時,“動質(zhì)量”m = m0 / sqrt(1 – v^2/c^2),這里sqrt表示“開根號”,^2表示“平方”,c是光速。
當(dāng)v很小時,v^2/c^2接近于0,1 – v^2/c^2接近于1,sqrt(1 – v^2/c^2)也接近于1,m接近于m0,也就是說,動質(zhì)量跟靜質(zhì)量沒有多少差別。多小算“很小”呢?你要考慮到光速是30萬公里每秒,我們?nèi)粘K姷乃俣雀啾榷疾盍撕脦讉€數(shù)量級。比如高鐵列車,假設(shè)在以360公里每小時的運行(比最近要恢復(fù)的350還高一點),就是0.1公里每秒(一小時是3600秒),這個v只是c的300萬分之一!在這個速度下,質(zhì)量的變化只有幾萬億分之一的量級,無法察覺。即使是以第一宇宙速度環(huán)繞地球的衛(wèi)星,速度也不過是7.9公里每秒,雖然比高鐵快多了,跟光速相比還是可以忽略不計。
但是當(dāng)v接近光速時,動質(zhì)量跟靜質(zhì)量的差別就顯示出來了。例如v = c/2,這時你會算出m = 2/sqrt(3) m0 = 1.155 m0。如果v = 0.9 c,就有m = 2.294 m0。而如果v = 0.99 c呢?這時m = 7.089 m0。隨著速度接近光速,動質(zhì)量迅速地增大。
如果速度達(dá)到光速了,會怎么樣呢?這個公式告訴你,動質(zhì)量會變成無窮大。
但這實際上是不可能發(fā)生的事情!因為質(zhì)量越大,要再加速,需要外界給它的能量就越多。到接近光速的時候,你給它天文數(shù)字的能量,也只能讓它的速度增加一點點,仍然達(dá)不到光速。而你能提供的能量總是有限的。
因此,如果一個物體的靜質(zhì)量不為零,你就永遠(yuǎn)不可能把它加速到光速。
但是,還有另一種情況。如果一個物體的靜質(zhì)量為零呢?這時你會發(fā)現(xiàn),如果它的速度低于光速,動質(zhì)量就必然是0,因為m0 / sqrt(1 – v^2/c^2)這個分式中,分子為零,分母不為零。但這又是不可能發(fā)生的事。因為按照相對論的質(zhì)能關(guān)系,E = m c^2,能量等于動質(zhì)量乘以光速的平方,如果動質(zhì)量為零,這個物體的能量就是零了,它怎么可能既在運動又能量為零呢?
所以,唯一合理的情況,就是這個物體的靜質(zhì)量為零,但動質(zhì)量不為零。這種情況怎么可能出現(xiàn)?只能要求m0 / sqrt(1 – v^2/c^2)這個分式的分子分母都等于0,也就是說,v只能等于c。
因此,靜質(zhì)量為零的物體,只能以光速運動,速度不可能降到光速以下。
光是什么樣的物體?就是這種靜質(zhì)量為零、動質(zhì)量不為零、只能以光速運動的物體。
光是如何達(dá)到光速的?
這個問題的答案其實很簡單:因為光子的靜止質(zhì)量為零,所以它必須以光速運動。
這個世界本質(zhì)上其實只有兩種速度:要么靜止,要么光速。
為什么會這樣?
我們可以談一下3點:
1:汽車的速度是什么?
為了談?wù)摴獾乃俣龋覀兛梢韵日務(wù)勂嚨乃俣?。一輛汽車是有靜止質(zhì)量的,所以我們把汽車加速的時候,能產(chǎn)生加速度,汽車的速度會因為加速度的存在而增加。這背后的關(guān)鍵點在于,汽車本身具有靜止質(zhì)量。也正因為如此,汽車的運動速度不可能達(dá)到光速。(因為一旦這個汽車的速度達(dá)到光速,那么這個汽車的運動質(zhì)量是無窮大,而無窮大的物理量都是不合理的,所以汽車不能達(dá)到光速)。
2:一個物體的速度是什么?
當(dāng)一個靜止質(zhì)量非零的物體a的速度低于光速的時候,我們總可以找到另外一個速度比a更快的物體b,在b看來,物體a的速度方向是反向的;b可以減低自己的速度,讓自己的速度與a相等,那么在b為代表的慣性參考系中,a就是靜止的。
所以,問題的關(guān)鍵點來了:一個物體,只要速度沒有達(dá)到光速,那么它可以被認(rèn)為是靜止的。
3:光子的速度如何理解?
光子沒有靜止質(zhì)量,在任何慣性參考系中,它的速度都是光速。我們不能找到一個以光速運動的慣性參考系(不存在?。沟迷谶@個慣性參考系中光子的速度為零。其實這個就是光速不變原理。
總結(jié):光的速度是光速是天生的。
這個問題很好回答,大家都想復(fù)雜了。人類就是這樣定義的,物質(zhì)是運動的,光也是物質(zhì),所以光是運動的,物質(zhì)運動的快慢程度叫速度,所以光運動的速度就是光速,不管快慢,光就是以自己的速度在運行何來達(dá)到。
基本粒子分為兩大陣營: 費米子和波色子。 費米子是形成物質(zhì)的基本粒子, 例如質(zhì)子, 中子, 電子等。 波色子是形成場的基本粒子, 例如光子等。 費米子具有靜質(zhì)量, 速度永遠(yuǎn)小于光速。 波色子沒有靜質(zhì)量, 只能夠以光速的速度存在, 如果把波色子的速度降低下來, 就會變成能量, 不存在了。
所以回答你的問題, 光是如何達(dá)到光速的: 光的速度就是光速, 否則就不是光了。
更好的一個問題是: 為什么光速是有限的, 并且是最大的? 這個是我們所在宇宙的一種天然結(jié)構(gòu)。 理論上存在速度無窮的宇宙, 只不過我們沒有生活在這樣的宇宙當(dāng)中。
如今,人類可以輕易地得到光速的準(zhǔn)確數(shù)值:299792458m/s。
從歷史記載來看,恩培多克勒就是第一個說出光速有限的人,他全然地相信,光是運動的,所以也就需要運行時間。到達(dá)光速后究竟會看到什么呢?這個問題小時候的愛因斯坦也很喜歡思考,從理論上來看,我們了解到超光速可以讓人看到過去。
假如說1秒前的那段畫面被光反射到宇宙中,如果說你的移動速度夠快,并且超過了這個反射光的速度,那就代表著你能在這個反射光還沒到達(dá)的時候,提前來到它將要到達(dá)的那個位置,等它跑過來的時候你就能看到它了,雖說那個時候你的時間是現(xiàn)在沒錯,但是你看到的景象的確是一秒前發(fā)生的。但事實是,有質(zhì)量的物體就無法達(dá)到光速。聽到這句話,你可能反手就發(fā)出一個問號,按你這么說的話,光又是如何達(dá)到光速的?
先不說別的,我們來聊聊那么理解能量激發(fā)物質(zhì)?比方說燃燒的時候,它也激發(fā)了周圍的物質(zhì),而我們?nèi)庋塾^察到的只是表象,人類這個時候會將它稱為光,你可能知道光從月球傳播到地球需要1.3秒,但也要知道,你觀測不觀測,光子都存在。
光子這個小家伙其實就是沒電的電子,它的質(zhì)量微乎其微,電子在原子里跑的速度也是光速,它將能量傳給原子的時候,電子得到能量后就會逃逸成光子,這個時候,光子的速度不會保持不變,因為能量減弱之際它就會被吸收從而消失。既然我們知道光子是受到激發(fā)的量子,那就意味著我們能做很多事,這就像我們平時用的扇子或是電風(fēng)扇的葉片轉(zhuǎn)動,它們可以產(chǎn)生風(fēng);當(dāng)宏觀物質(zhì)快速震蕩的時候,它就能形成引力波;而當(dāng)微觀的電子由高能態(tài)躍遷回基態(tài),這個時候我們可以激發(fā)單個的空間量子,由此產(chǎn)生光子。
至于光子為何能遠(yuǎn)距離傳播,這很好理解,其實就是因為光子的體積很小,使得它與空間量子的碰撞幾率相對較低??偟膩碚f就是,光的本質(zhì)是粒子,它運動的動力來自外界對光子的激發(fā),光速最大及其所具有的不變性,就是因為光子的質(zhì)量和體積是最小的??茖W(xué)家們還發(fā)現(xiàn),光子沒有靜質(zhì)量,因此得出它的運動速度無需能量就能夠達(dá)到,且不受能量大小左右,但是能量大小卻可以讓光子以波長和頻率的形式反映出來,并且是能量越大,波長越短,頻率還越高,所以也能說,光子一出生就是光速,它自帶的光環(huán)使得它無須“動力”和所謂的“瞬間加速”。
從19世紀(jì)的雙縫實驗來看,相信很多人都知道了,光不僅是一種具體的粒子,同時還帶有電磁波的根本屬性,也就使得光子彼此之間會互相干涉,所以我們初中物理課本里,將其稱為光的“波粒二象性”,意思是說,光不僅是由光子構(gòu)成的,它是粒子,同時也是“光波”。
得益于它的存在,人類做了哪些事?可以說人類探索太空和我們周邊的世界,無論是窺探地底還是深海,亦或是尋找細(xì)菌、病毒、原子以及基本粒子等微觀世界,都要借助光(電磁波),沒有光,人類也就無法辨識這個世界。光子是電磁波傳遞的媒介,也能說電磁波就是光波,所以千萬不要把光單純地理解為是我們?nèi)搜劭梢姷墓狻R溃梢姽庵皇请姶挪ㄗV里一個很窄的頻段,從整個電磁波譜頻段來看,它還包括肉眼不可見的光。
光速則決定著宇宙的基本秩序,光究竟是“何方神圣”這個問題,假如有一天人類真的證明出光子的具體來源,那么,這個人肯定能拿下一個諾貝爾獎,我們知道宇宙中,最神奇的力量莫過于“光”,光的存在,讓人們生存,光還給予了植物們光合作用,讓它們綠意盎然。你應(yīng)該知道世界萬物都離不開陽光,動物和人類沒有陽光也就無法生存。關(guān)于宇宙的本體是什么?簡單來說也就是,宇宙之前是什么這個問題?
比較令人信服的應(yīng)該就是“宇宙大爆炸”理論了。該理論認(rèn)為,在距今離人類十分遙遠(yuǎn)的138億年,也就是宇宙之前的物質(zhì)其實是從一個奇點中爆炸產(chǎn)生的,這個奇點爆炸后,在一段時間里,形成了宇宙和物質(zhì),科學(xué)家也認(rèn)為,在宇宙形成的早期過程里,宇宙處于高溫的狀態(tài),它以迅雷不及掩耳之勢的速度發(fā)展下去,留下了在科學(xué)界被稱為是“輝光”的物質(zhì),這種說法絕不是憑空捏造。因為不出所料的是,科學(xué)家們后來利用了軌道探測器這種精密的設(shè)備,準(zhǔn)確地測量出了宇宙微波背存在的可能性,這對于大爆炸理論的正確性而言,無疑給出了一個事實性的依據(jù)。
大家注意了,我們計算光速其實只是為了衡量假設(shè)人類所在的位置是宇宙的奇點大爆炸前的位置上,別忘了,光可以跑到最遠(yuǎn)的時空范圍,但是人類根本沒辦法證明我們有沒有可能是宇宙的中心,而且光也不是我們想象中的能無限傳播的模樣,而在光都來不及到達(dá)的地方,是不是也會有更加廣闊的宇宙呢?
要回答這個問題首先要正確認(rèn)識什么是光速。光速不是一種速度而是一種空間結(jié)構(gòu)。整個光速空間的光速實際上是物質(zhì)存在的二生三的二空間在三空間的投影。光子實際存在的空間是二空間。一個光子由二空間在能量作用下進(jìn)入三空間,由于二空間物質(zhì)的維度數(shù)量不足,所以進(jìn)入三空間的光子必然會以兩個二空間的維度形成一個可以在三空間存在的物質(zhì)。這就是光速的本質(zhì)。也就是一個二空間在三空間映射的距離是一個固定的量,那就是光速。光子在這里的運行速度只是其在自己二空間的一個測度。也就是在三空間中是鑲嵌著一個二空間的并且這個二空間同時也形成了三空間物質(zhì)存在的條件。至于二空間的主要存在形式就是原子的核到核外電子形成的完整空間,在哪里光子只是空間的能量顯示。原子核到原子邊緣的內(nèi)部空間在三空間則是一個不可跨越的隔離墻。
如果光速不是一個速度,而只是一種空間結(jié)構(gòu)。那么光速就是空間存在的條件。光速的具體速度取決于這個空間的結(jié)構(gòu)常數(shù)既電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率。電磁常數(shù)是二空間存在的基本常數(shù)合成的在三空間的測度就是光速。
光是如何達(dá)到光速的?
光速是光子運動的本子屬性。
上世紀(jì)初葉,愛因斯坦就認(rèn)識到光速是宇宙中物質(zhì)運動的最快速度,并且以此為基礎(chǔ),創(chuàng)立了狹義相對論和廣義相對論。因此真空光速是狹義相對論最重要的前提,沒有這個前提,就沒有狹義相對論;廣義相對論是在狹義相對論基礎(chǔ)上對宇宙更深入的理解,其基礎(chǔ)是引力場論,即有關(guān)引力導(dǎo)致時空彎曲的理論,光速依然是最重要的常量。
開始對光速以及有光速引導(dǎo)出來的相對論,很多人不理解也不相信,后來無數(shù)的觀測事實和實驗試驗驗證了愛因斯坦理論的精確性,科學(xué)家們信了,世界上越來越多的人相信了,從此狹義相對論和廣義相對論成為現(xiàn)代物理學(xué)的基石之一,另一塊基石是量子力學(xué)。
但是到了今天,還有許多人質(zhì)疑光速和相對論。比如光為什么能夠有這么高的速度呢?它是如何達(dá)到的呢?這是很多人都想弄清楚的問題,覺得不弄清楚這個,似乎光速就依然是個謎。
其實這個問題異常簡單,答案就是一句話:光速是光子本身的基本屬性。要在進(jìn)一步解釋的話,就是光線是由一堆光子組成,是由光子組成的能量流,而光速是光子的本子屬性,它一出生,就是這個速度,不需要“達(dá)到”。
那么光子為什么一出生就是這個速度呢?
這是因為光子沒有靜止質(zhì)量,因此它就靜不下來。這個世界上凡沒有靜止質(zhì)量的物質(zhì),運動速度都是真空光速,比如引力波速度也是光速。真空光速的準(zhǔn)確值為c=299792458m/s(米/秒)。這個速度可不是瞎子估水一擔(dān)兩桶猜出來的,而是經(jīng)過科學(xué)家三百多年前赴后繼的測量得出的,后來為了得到一個整數(shù)值,又通過國際度量衡大會,修改了米的定義,將米(m)的長度定義為光在真空中運動1/299792458s的長度,這樣真空光速和米的尺度就相互印證,更為精準(zhǔn)了。
光子沒有靜質(zhì)量,但有能量和相對論質(zhì)量。所謂相對論質(zhì)量就是動質(zhì)量,光子的能量遵循愛因斯坦質(zhì)能方程,即E=mc^2=hv,由此可計算出光子動量為m=hv/c^2。這里E為能量,m為光子質(zhì)量上限,c為光速,h為普朗克常數(shù),v為任意電磁波頻率。
光的波長越長,頻率越低,能量越小;反之,波長越短,頻率越高,能量越大。根據(jù)這個公式,我們可以計算出可見光中段500nm波長的綠光,其頻率約6*10^14Hz,光子動質(zhì)量約為4.4*10^-36kg;而波長約3*10^-16m,頻率約10^24Hz的γ射線,光子動量則約為7.4*10^-27km。由此可見,光子的動質(zhì)量是與能量成正比,與波長成反比的,也就是說波長越短,頻率越高,動質(zhì)量越大。
但光子的運動速度與能量無關(guān),都是一樣的。
所有波段的電磁波都是以光子為媒介傳輸?shù)模虼斯饩褪请姶挪?。電磁波能量從低到高,由無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等不同波段和頻率的波譜組成,可見光只在其中占有大概在380~760nm之間這么一小段,其余的電磁波都是肉眼不可見,但通過各種設(shè)備儀器能夠偵測到的,也可把這些波段的電磁波稱為不可見光波。
這些不同能量的電磁波,其運動速度是一樣的,如我們點一支蠟燭發(fā)出的光,太陽發(fā)出的光,還有看不見的X光、γ光,速度都是一樣的,每秒約30萬千米。只是頻率不一樣,動質(zhì)量也不一樣。頻率越高由于能量越強(qiáng),動質(zhì)量越大,對人體等生物的傷害就越大,這就是X射線和γ射線很厲害的緣故。
光子是如何產(chǎn)生的?
光是電磁波,組成電磁波的是光子流。在量子力學(xué)里面,光子既是一粒一粒的微小粒子,又是聲波一樣的波,具有波動性,因此具有波粒二象性。光子的粒子性通過光電效應(yīng)得到證明;而其波動性通過光子衍射得到證明。
根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,光子是電磁場激發(fā)出來的。任何原子的外圍都有電子,這些電子可以處在不同的能級。當(dāng)電子得到受到一定能量激發(fā),就會躍遷到更高能級。但這種跳出自己能級的運動有點像人們離開了家,在外漂泊感到不安全也不穩(wěn)定,于是就總想著回家。作為電子來說,就是回到自己的低能級,從高到低也叫躍遷。要做到這一點,就像人們回家要買車票一樣,電子就要釋放出一個光子。
當(dāng)大量的電子做這種運動時,就像春節(jié)前后的春運,來來回回就釋放出很多光子。這些光子一出生,由于沒有靜質(zhì)量,就停不下來,以每秒約3萬千米的速度狂奔,如果沒有阻擋,它們就一直奔下去。光子有個特點,它們奔跑起來目不旁視,勇往直前,即便再濃密的光子,也相互不會影響。只有路途遇到電子阻擋碰撞時,才會相互發(fā)生作用,光就會衰減。
太陽光、星光、白熾燈光、日光燈光、LED燈光、燭光、X光、γ光、無線電、微波、紅外形、紫外線等等,所有看得見和看不見的光,也就是電磁波,都是這樣發(fā)出來的。
結(jié)論:光是由光子組成的能量流,具有波粒二象性,光子沒有靜止質(zhì)量,也就是無法靜止下來,因此一出生就是以光速前行。光的行進(jìn)路線是直線,不會拐彎,但會被其他帶電物質(zhì)反射、折射、衍射、吸收。
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光不是汽車,沒有加速過程,所以用不上“達(dá)到”這個詞。光子從誕生的一刻,它的速度就是光速。
光速約為3*10^8米每秒,這個數(shù)值是由真空介電常數(shù)和磁導(dǎo)率決定的。除非從真空環(huán)境進(jìn)入另一種介質(zhì)環(huán)境,比如水,它的速度才會下降。不過,如果你要問為什么光一開始就是這么快呢?為什么它不需要加速呢?這和我們常見的運動現(xiàn)象顯得格格不入。這個還真的沒法回答,雖然物理就是為了解釋客觀現(xiàn)象而存在的,但畢竟只是尋求現(xiàn)象間的客觀規(guī)律,只能說,光的傳播就是一個物理定律。因此,在狹義相對論中,就有了光速不變原理的存在。而這個就直接從理論上,限制了我們永遠(yuǎn)只能測得一個恒定的光速。并且為了使得光速不變原理和狹義相對性原理不存在表層的抵觸,狹義相對論出世了。正因為如此,所以狹義相對論給我們的感覺,物體在高速運動下的產(chǎn)生的變化顯得不可思議,也正是如此,時間和空間不再是相互獨立存在的“個體”。
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光是一種電磁波,它在真空中的傳播速度是每秒30萬公里,在介質(zhì)中跟據(jù)介質(zhì)的介電常數(shù)不同,光速會比30萬公里小很多,雷達(dá)波也是一種電磁波,其傳播速度也是30萬公里每秒,這個速度數(shù)據(jù)是跟據(jù)實際測量得到的,並不是人為加速減速制造出來的,就像聲波在空氣中傳播速度為330m/秒,水中聲速一千多米每秒,這是波的自然屬性,沒有什么如何不如何的問題,