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光的傳播速度那麼快,它的動力源是什麼?
既然問到了這個問題,前提得需要知道光是什麼?光是一種電磁波,這是從波動性來看它的,如果從粒子性來看它的話,光是由光子組成的。但是無論從哪個角度看,光的傳播速度都只能是光速,且無需加速過程,出生就是光速。如果問,為什麼可以這麼去保證它,沒辦法,這是理論要求的。
從粒子性來看,光由光子組成,光子沒有靜質量,它是一種規範玻色子,只能用來傳遞相互作用,這裡科普一下什麼是玻色子,簡單來說,我們常見的物質是由費米子構成的,而傳遞引力、電磁力等基本作用力是以玻色子為媒介的,比如光子、膠子等。那為什麼光子沒有靜質量呢?且來看看狹義相對論中的質增公式,如下:
你會看到,由於光子的運動速度為光速c,所以分母為0,當然學習數學我們知道,分母為0的話,公式失去了意義,為了保證有意義,那麼m0(靜質量)也為0,此時0/0有意義,因此光子的靜質量為0,也就沒有靜質量。
從另一個方面來講,也是這一個公式,由質增公式可以知道,隨著粒子運動速度越快,動質量會增加,以至於逼近光速時,質量趨近於無窮大,對於加速一個質量為無窮大的物體來說,所需要的能量也是無窮大的,這個說不通,因此推導出一切有靜質量的物體都不可以達到光速,那作為以光速運動的光子,也就不能具有靜質量。
從波動性來說的話,光是電磁波,實質是變化的電磁場,電磁場會以光速建立起來,那麼電磁波的傳播速度應當就是光速。
題目最後問到,宇宙的膨脹速度為什麼超光速?對於這個問題,相信你也經常遇到,宇宙膨脹的速度並不是我們認為的單純的運動速度,它是空間整體的膨脹速度,這種膨脹存在於任何一個角落,至於為何距離較近的物體看不出來在膨脹,這是因為距離較近,引力佔據上風,所以沒有表現出來膨脹。
文/科學船塢