光爆是什麼?當介質中帶電粒子超過光速,會發出藍色的光

2020-11-22 騰訊網

光爆是什麼，同種介質中帶電粒子超過光速的發光現象宇宙中存在著很多各種各樣的奇異現象，有的是你聞所未聞的。說起光爆，很多人都紛紛感到十分不解，光難道還會爆炸嗎?其實並非如此，光爆是什麼呢?光爆指的是當運動的帶電粒子速度超越了光在同種介質中的速度時，會產生一種特殊的發光現象。

下面小編就來帶你來了解光爆。

一、光爆是什麼

光爆是什麼呢?

所謂的光爆，簡單的來說，就是粒子的速度超過光速時產生的效應。當運動的帶電粒子的速度超越光在這種介質中的速度時，會產生一種特殊的發光現象，在真空中無法做到。

但在介質中光的相速度和群速度都會降低，所以運動的帶電粒子速度超越光在這種介質中的相速度是可以做到的。這一現象常見於核反應堆的冷卻水中，可以用肉眼看到到淡淡的藍光。這種現象就是所謂的光爆，其原理與音爆類似。

二、1934年切倫科夫首次發現

真空中光速的不可突破限制住了光爆試驗的可能，但液體中的光爆現象卻早已被發現。1934年切倫科夫發現，超過光在透明介質中的傳播速度的粒子(在2.2510^8米/秒與310^8米/秒之間)，在透明介質中穿行時會發出一種淡藍色的微弱可見光，即光爆現象，並因此在1958年獲得諾貝爾獎。

上面圖就是核反應堆的池水中出現微弱的淺藍色的光輝。由反應堆射來的高能電子的速度比光在水中的速度大而比光在真空中的速度小的原因引起的光爆現象。

三、如果光速可變物理學將不存在

超音速飛機在突破聲速的時候，會出現聲爆或稱音爆現象。超光速的時候也會出現類似超音速的現象，出現一個閃光即光爆。

例如，快速旋轉的脈衝星發出光束掃過氣雲和塵雲，產生超光速效應。《每日郵報》在報導中評述道，宇宙間，我們不明白的東西有很多，但是有一個我們能夠肯定光速不可逾越。這正確嗎? 不一定正確。

科學上，一直在探討宇宙中是否存在超光速的現象或物體。這涉及光速不變是否適用於宇宙空間的一切現象。光速不變是愛因斯坦在提出的一種基本的現代物理學概念，認為宇宙間不可能有物質能超過光速。

也就是說，光速是宇宙中速度的極限，沒有物體能夠達到光速，即光速不可逾越或光速不變。對於光速是否可變，科學界一直存在爭議。很多科學家不接受光速可變的理論，其原因在於如果承認光速可變，那麼現代物理學就可能不復存在。

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    科學家通過研究測量發現光速在不同介質中傳播的速度是不一樣的，因為不同的介質所擁有的密度和成分是不一樣的，根據折射率公式n=sini/sinr=c/v或v=c/n，光在不同的介質中，折射率不同光在介質中的傳播速度不同，介質的折射率越大，光在介質中的傳播速度越小。光在空氣中速度與真空相差無幾，但是光在水中的速度僅達到了真空光速的三分之二，因此光速在介質中並不是王者！
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    想超光速很簡單，在液態的介質中就可以做到，例如：水的折射率是1.33，折射率的定義就是光在真空中傳遞速度和在介質中傳遞速度的比值，那麼光在水中的傳播速度就變成了0.75c，只要讓粒子在這個環境下超過0.75c，就實現了超光速。
  • 光爆
    當運動的帶電粒子的速度超越光在這種介質中的速度時，會產生一種特殊的發光現象，在真空中無法做到，但在介質中光的相速度和群速度都會降低，所以運動的帶電粒子速度超越光在這種介質中的相速度是可以做到的
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    切倫科夫輻射是指帶電粒子在介質中以高於介質中光速的速度運動時所發出的電磁輻射。這種效應也被稱為瓦維洛夫-切倫科夫輻射或切倫科夫輻射。 它是以蘇聯物理學家帕維爾·阿列克謝耶維奇·切倫科夫的名字命名的，他與伊利亞·弗蘭克和伊戈爾·塔姆一起獲得了1958年的諾貝爾物理學獎，獲獎原因是他們對這種效應的實驗證實。
  • 如果速度超過光速會有什麼後果？
    ，由此推導出真空中的光速是宇宙中最快的速度，任何物體或者信息的傳播速度都不會超光速。那麼，如果速度超過光速會發生什麼？為什麼光速是宇宙速度上限？雖然光速理論上不可超越，但在現實中確實有各種「超光速」現象，切倫科夫輻射就是一個例子。切倫科夫輻射光的傳播速度與介質有關，在真空中最快，而在其他介質中會變慢。例如，光在水中的傳播速度會下降25%，為真空光速的75%。在這種情況下，就有可能出現超光速的情況。
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    2、黑洞內部粒子的速度和噴射流的速度光子經過黑洞時也會被黑洞給吞噬，因此，可以得出結論，光速在黑洞內部的粒子面前，不過是小巫見大巫。前不久，NASA（美國宇航局）的一項研究表明，黑洞附近的噴射流速度也是可以超過光速的，「從地球觀測角度看，北極噴射流為光速的60%，而南極為光速的160%。」 「噴射流離開黑洞越遠，速度將越慢。」
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    愛達荷國家實驗室、的先進實驗反應堆核心發出藍光，不是因為其中包含藍光，而是因為這是一個核反應堆，產生被水包圍的帶電粒子。當粒子穿過水的時候，它們的速度超過了介質中的光速，導致它們發出切倫科夫輻射，就像這個發出藍光一樣。沒有什麼比光速更快的了。
  • 當物體突破光速時,會有類似音障的光障嗎?
    在地球上，當物體的速度突破音障時，將會發出巨大聲響的音爆，並有可能在物體周圍形成音爆雲。那麼，是否存在類似於音障的光障呢？當物體突破光速時，又會產生什麼現象呢？根據狹義相對論，真空光速c是最快的局域速度，物體或者有效信息的傳播速度不可能突破光速，而且有靜質量的物體還不可能達到光速。真空光速可以說是「光障」，沒有物體可以突破，也沒有人知道突破「光障」會產生什麼現象。不過，在某些情況下，「超光速」是存在的，並且也會產生標誌性的現象，這就是切倫科夫輻射。
  • 什麼條件下能達到「超光速」
    在我們以往的認知中「光速」是最快的了，每秒30萬公裡，似乎宇宙空間中沒有比光更快的了。有一種情況下，可以出現「超光速」現象：前蘇聯科學家切連科夫在核反應堆冷卻水中發現，由於光速在水中只有真空中的75%，核反應堆產生的電子在水中的速度超過光速，從而產生藍色輝光；這一現象被命名為「光爆」。
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    飛機在大氣中飛行時，如果速度快於自身引發空氣波動的速度，即突破音障礙，將會出現音爆現象。然而，光源不可能追上自身發射出的光，更不可能超越，所以不會有什麼「光爆現象」。但可以肯定的是，無論光源速度有多快，它都能被觀測到。光速和音速完全是不同的概念，兩者沒有可比性。
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    物體運行速度接近音速時，會有一股強大的阻力，使物體產生強烈的振蕩，速度衰減。這一現象被俗稱為音障。突破音障時，由於物體本身對空氣的壓縮無法迅速傳播，逐漸在物體的迎風面積累而終形成激波面，在激波面上聲學能量高度集中。這些能量傳到人們耳朵裡時，會讓人感受到短暫而極其強烈的爆炸聲，稱為音爆。
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    然而，當光通過介質時，突然間，每個方向都有帶電粒子：這些粒子產生自己的電場（可能還有磁場。當光線穿過它們時，其電場和磁場與介質中的粒子相互作用，光線被迫以較慢的速度移動：該特定介質中的光速。然而，實際上，你可能沒有想到的是，光減速的量取決於光的波長。
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    聲音的傳播需要介質，比如空氣、水和鐵。但光的傳播不需要介質，它們可以在真空中傳播。那麼，聲音和光有什麼區別呢？為什麼聲音不能在真空中傳播，而光卻可以呢？聲波聲音其實屬於機械波，其本質是機械振動的傳播，而機械振動依賴於介質。當物體發生振動時，比如敲打桌子，這種振動會帶動空氣中的分子出現有規律的振動，由此聲波會在空氣中傳播開來。如果沒有介質，振動就無法傳播，所以聲音不能在真空中傳播。
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    反應堆啟動過程他們認為，這種輻射是由於透明介質中有高速運動的電子穿過，並且電子的速度超過了介質中的光速，如此高能量的電子擾動了介質中的分子或原子，進而使其輻射出頻率範圍在藍到紫外線之間的光。然而，在介質中情況就不一樣了，光一旦從真空進入介質，速度就會大大減慢。比如光在水中的速度就約為真空中的75%。於是，一些高能粒子雖然無法超越真空的光速，但是在介質中是有可能跑得比光快的。切倫科夫輻射便是由超越介質中光速的電子產生的。
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    光速：指光波或電磁波介質中或真空中的傳播速度。目前為人類已知的最大速度為真空中的光速，真空光速定義值：c0=299792458m/s，也就是俗稱的每秒30萬公裡。那麼有沒有一種傳遞速度超過光速呢？1.量子糾纏使用雷射脈衝創造出一個量子態，兩個原子，一個被另一個取代，這個信息的傳播會比光速快，即使另一個粒子處於宇宙邊緣。目前科學家早已完成信息的瞬間移動，相信不久的將來，物體甚至太空飛行器也可以瞬間轉移到目標天體。2.蟲洞目前人類想開啟星際旅遊仍需幾千年，但愛因斯坦的廣義相對論給時空扭曲（也就是蟲洞）可能性。