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光的速度是每秒30萬公裡,永遠停不下來的光,它的動力從哪來?

科學 吃雞小能手兒

人類從探索世界到探索宇宙,彷彿速度永遠是“王者”。光在真空中的速度近似等於三十萬公裡每秒,令人們羨慕不已。光為什麼會擁有這樣的速度?每秒三十萬公裡,不需要加速的光子飛行的動力究竟從何而來?

光的速度是每秒30萬公裡,永遠停不下來的光,它的動力從哪來?

其實答案很簡單光不需要動力,基本粒子天生就擁有光速,光沒有靜止質量,它們沒有被希格斯場所減速。其他基本粒子因擁有靜止質量,因此被希格斯場所減速,所以達不到光速。

那具體是咋回事兒呢?這件事最早可以追溯到伽利略,他認為光速不是無窮的,是有限制的。後來很長一段時間裡,人們關於光本質的認識是光是一種波。我們知道水波的傳遞需要介質,也就是水,那光傳播是不是也需要介質呢?這個速度是不是就是相對於這個介質的速度?不久就有科學家把這個介質命名為以太。

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值得注意的是這只是理論上的假設,到底存在與否還是要靠實驗說話。於是一群科學家加入到了尋找以太的競賽當中,其中不乏各種頂級的實驗物理學家經過他們不懈的努力,人們終於證明瞭以太根本就不存在。其中最有名的一組實驗就是邁克爾,孫莫雷實驗。最後到了一九零五年愛因斯坦說:以太你可以“拉閘了”。同時也說明瞭光必須以光速運動的形式存在,只要一停下來,它就不存在了。

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上面這張圖片就是一束光以每秒三十萬公裡射向一個裝水的玻璃容器裡,光到了水裡速度慢了下來,為每秒二十二點五萬公裡,似乎是被誰阻擋了,可是這束光從玻璃容器裡一出來,速度又恢復到每秒三十萬公裡。科學家用酒精、冰玻璃做實驗,結果都是類似的。

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愛因斯坦還說,沒有物體的運動速度能夠超過光速,準確的說是沒有能量和信息的傳遞速度能超過光速。如果失去了這個前提,那麼超光速的東西可就多了。怪就怪在憑什麼信息物質能量的速度不能超過光速?為什麼光子誕生時的速度會是三十萬公裡每秒而不是其他速度?是什麼原因限制了它的速度不會是大於三十萬公裡每秒。

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這是一個令人震驚的答案,即光就是能量的傳遞,這個能量不是無中生有的,而是需要消耗其他物質的能量。比如火炬燃燒發光、電燈發光都是其他能量的轉換,或者說光子無需動力推動,它“一出生”就是光速,因光子沒有靜止質量,也就是說其靜止質量必須嚴格為零。

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現在很多最重要的物理理論都是建立在這樣一個假設上,比如庫侖定律的平方反比定律、麥克斯韋方程組和電磁場的拉格朗日量等。

你發現了嗎?光的產生一定有一個能量提供源頭,光不管是在固態、液態、氣態還是其他的各類物質中傳播,它的速度永遠都是恆定不變的。如果你覺得光的速度慢了,那隻不過是時間變慢而已,並不是光的速度變慢了,科學家無法尋找出這種介質,於是光是波的論斷也被推翻了。

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而後科學家重新打開了另一條全新的路,認為光是粒子也是波,故而一個新的詞出現了,它就是“波粒二象粒”光的特性搞明白之後,科學家們開始研究推動光進行光速運行的能量動力。我們知道,任何一個運動的物質,它必須有力在背後推動,那麼這個推動光自誕生之始就無限向前運動的動力究竟是什麼呢?

光的速度是每秒30萬公裡,永遠停不下來的光,它的動力從哪來?

對於光,我們人類依靠的視覺感知,對於盲人來說,他們感知不到光的存在,但這並不代表光就不存在。的確,人類的一切感知都是相對的,對光的感知也是如此,究竟光的本質是什麼,我們還沒有真正的明白。一九九九年丹麥物理學家莉娜韋斯特高豪領導著一個團隊,甚至成功利用超流體將一束光的速度降低到十七米每秒。到了二零零一年,他已經能將一束光完全凍結。

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在整個二十世紀九十年代,他的研究重點一直是發展能夠減緩光速的超冷氣體。看到這兒有人就要懵了,你的意思是說光也能停下來?首先我們要記住,光子是電磁波傳遞的媒介,也可以說電磁波就是光波。因此不要把光理解為單純我們人眼可見的光,可見光只是電磁波譜裡面一個很窄的片段,波長約在三百八十納米到七百六十納米之間,頻率約在三百八十到七百五十THz範圍。

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整個電磁波譜頻段還包括無線電波、紅外線、紫外線、X射線、伽馬射線,這些都是光的形式,波長涵蓋千米級到皮米級,頻率涵蓋幾個赫茲到數萬億億赫茲,只不過是肉眼不可見的光然而正是這些看得見、看不見的光,組成了我們充滿宇宙的電磁波。

光的速度是每秒30萬公裡,永遠停不下來的光,它的動力從哪來?

電子吸收光子發生能量躍遷後,有趣兒的是發生了,原來的光子雖然沒有了,但電子為了穩定要回到基態,會釋放一個光子,這樣一來新的光子又產生了,神奇的是光子還會與物質發生能量交換,變成分子的動能。這可以理解為光子被物質吃掉了,轉化出了能量。

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