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地球上的生命從誕生開始發展至今,光都是不可或缺的存在,光就是能量,而光子就是一份份的能量。植物通過光合作用,可以把太陽能進行轉化並且在有機物中儲存起來。這些能量再通過食物鏈進行向上傳遞,供養整個地球生命。
自然光是太陽釋放出來的,作為一顆恆星其內部不斷地進行核聚變反應,損失的質量會按照愛因斯坦的質能方程轉化為能量。例如科學家就曾做過模型對太陽內部的核聚變反應速率進行估算,每秒鐘大約有6億噸氫核發生聚變反應,最後可以生成5.95億噸的氦,那麼這個過程中有500萬噸的質量損失了,它們變成了能量,以光和熱的形式惠及了整個太陽系。
光子沒有壽命,也可以說它是永恆存在的,只能被吸收和釋放,否則它們就會一直在深空中飛行直到永恆。從愛因斯坦狹義相對論的時間膨脹效應可以解釋,光子沒有靜止質量,速度為光速,這意味著時間是靜止的沒有流逝,那也就意味著永恆的壽命。
光一直伴隨著人類文明的發展演化,但人類對它的認識歷史卻很短暫,伽利略是第一個開始系統性測量光速的人,但是光速太大,普通的手段根本難以測量。經過一代代物理學家的努力,光速的值越來越準確,下圖是法國物理學家斐索的齒輪法測光速,他算是第一位準確測量光速的科學家。
對於大部分人來說,我們只認識光,並不知道「光子」為何物,光是電磁波,我們肉眼可見的光只在波譜中佔據非常短的一段。那麼電磁波是如何產生的哪?
簡單來說就是:震蕩的電場產生震蕩的磁場,震蕩的磁場產生震蕩的電場,周而復始電磁波向外傳播,並且速度不變。
愛因斯坦提出光速不變理論,可以用一個例子來說明,一組學生10人從1-10開始報數,類比電場和磁場的相互激蕩傳播過程。10名學生開始報數,第二名同學聽到1之後迅速報2,第三名同學聽到2之後迅速報3。這個反應連接的速度可以比作光速,那麼這10名同學所處的環境無論是靜止於地面還是坐在車上都不影響報數的速度,這就是光速不變。
也就是說光一產生就是報數的開始,速度自然為光速,根本不需要加速的過程,因為光沒有靜止質量,不能用牛頓第二定律來描述。
而隨著不斷地發展科學家對於光的本質有了分歧,它既有粒子的性質也有光的形狀,前前後後爭論了近百年,最後結論出來了光具有波粒二象性,既是電磁波同時又可以稱之為光子,它的能量都是量子形式的,呈現一份份的狀態。
到這裡光加入了基本粒子的行列,屬於規範玻色子,一產生它的速度就為30萬公裡每秒,沒有加速過程。光子的速度實際上更像是它的自由屬性,就像是一個物體擁有質量和長寬高一樣。
因此說光子真空中速度30萬公裡每秒,不需要動力去加速,同時也不需要動力去維持,因為沒有靜止質量30萬公裡每秒的速度就是它們的固有屬性。
文/科學黑洞,圖片來源網絡侵刪。