大家都知道像光子這種沒有靜止質量的東西,它一出生就只能以光速運動,而且還不需要用外力來維持。
光和光速
光本質上就是電磁波,具有波粒二象性,既可以看作粒子,又可以看作波。狹義上的光是指可見光,僅佔電磁波譜上很小的一段,而廣義上的光包括紅外光、紫外光、可見光、X光等。
物體是由原子組成的,物體發光自然源自微觀層面。當原子內部的電子吸收能量後,便會躍升到高能級。高能級並不穩定,由高能級掉落到低能級,電子便會向外輻射出一定頻率的光子。當然,產生光子的方式不止一種,核反應也能產生光子。
阿甲都知道
丹麥天文學家奧勒羅默通過觀察木星的衛星,認識到光的傳播速度是有限的,並初步估計了光速。伽利略嘗試精確測量光速,不過以失敗告終。
在19世紀,法國物理學家菲索發明了一套旋轉齒輪裝置,並用該裝置測出光速為31.5萬公裡每秒,這已經比較接近現代測量值了。而光速的精確測量,則是麥克斯韋方程提出之後的事了。
科學研究表明,真空中的光速是宇宙中最快的速度,每秒鐘能夠跑30萬千米,精確值為299792458米每秒。通常我們所說的光速就是指真空中的光速。
力和運動的關係
真空中基本上空無一物,光在真空中傳播,不會遇到阻力,故而可以一直保持這個速度不變,不需要外界維持動力。除非被其他物質吸收,否則將永遠以光速運動下去。
這一點在經典力學中就能找到解釋。根據牛頓第一定律也就是慣性定律,如果沒有外力作用,物體將一直保持靜止或者勻速直線運動狀態。也就是只要沒有阻力,不需要提供動力,物體就能夠永遠以恆定的速度運動下去。力只能改變物體的運動狀態(運動速度或者運動方向)。
當光在介質中傳播時,會與介質發生相互作用,速度必然會減慢,而當光脫離介質時,速度又會立馬恢復到光速。具體的原理就不細說了。
為啥光子一出生就能跑這麼快?
光子和自然界中的其他物質有所不同,光子沒有靜止質量(物質的內稟質量),就是純能量的載體。宇宙中的所有物質都處於運動狀態,而光子質量為0,自誕生起便只能以光速運動,這是光子的固有屬性。因此牛頓第二定律並不適合這個場景。
現代物理學表明,物質之所以具有質量,是因為真空中充滿了希格斯場,這些粒子能夠通過希格斯機制,與真空中的希格斯場發生作用,繼而攜帶靜止質量。科學家此前預言的由希格斯場激發出的希格斯粒子,也已經在高能粒子加速器中找到了。
光子屬於傳播子,或者傳遞電磁相互作用,但光子並不會與真空中的希格斯場發生作用,因此光沒有靜止質量。
根據相對論,任何有質量的物體的速度都不可能達到或者超過光速。對於質量不為0的物體,隨著該物體的運動速度不斷增加,質量會呈指數式暴漲,接近光速時,質量將會變得無窮大。想要將物體的速度加速到光速,也就需要無窮多的能量,因此物體的運動速度只能無限接近於光速。
不過根據質能方程,可以認為光子擁有動質量。因為光子具有一定能量,可以換算成對應的質量。
既然來了,評論區,請留下你到此一遊的腳印哦,謝謝