驱使光子前进的动力是什么?光子是怎么达到光速的

朝宗惊鸣 2024-05-03 23:43:53

光应该是宇宙中最常见也是最神秘的存在了。最开始,大部分人都认为光是瞬时作用的,就是没有速度的概念,无论传播到多远的距离,都不需要消耗时间。这种印象也很符合我们的认知。因为只要光一出现,瞬间就可以填满小黑屋。

爱因斯坦提出了光电效应,认为光的能量形式也是一份份的,也就是量子形式的,从此光又有了新的描述形式-光量子,简称为光子。光子从一旦诞生开始就以光速在运行,光子的静止质量为零。光子只要不被吸收,就永远停不下来,而且光子的寿命几乎是无限长的。

从牛顿的力学三定律我们可以了解到,宇宙中的物体在不受力的状态下可以保持静止或者匀速直线运动的两种形态。如果想要改变一个物体的运动状态,让它加速运动或者减速运动,那么必须要给它提供力的作用。有力才有加速度,速度才会变化,这个道理是非常浅显易懂的。

比如当你开车的时候,如果想跑得快一点,那就需要猛踩油门才行。这样车的速度就会提升,这个过程就涉及到了能量转化问题。石油的化学能通过一系列的操作最终转化为车的动能,但是车的速度也是有限的,最终能量因为地面的阻力都消耗掉了。

爱因斯坦研究发现,他认为光是宇宙中最快的速度,任何有静止质量的物体速度都永远达不到光速。理论上只能无限接近于光速。爱因斯坦曾做过这样的思维实验:当时的交通工具火车如果不断地给它加煤加燃料,火车的速度就会不断地提升。但理论上只能加速到无限接近于光速。

从狭义相对论的质增效应来看,高速运动的物体质量会不断地提升。当物体达到光速的50%时,质量就会提升15%。当达到99%的光速时,质量就会提升至700%。这样就导致想把质量更大的物体提升至光速,那么需要的能量就会更大。最后的结果就是,有静止质量的物体永远都达不到光速。但是光子比较特殊,并没有静止的质量,因此也不属于物质。

根据量子力学来说,光仅仅是一份份的能量。只要一经产生,它的速度就会达到30万公里每秒,并不能无缘无故地消失,只能被其他粒子所吸收。我们理解光子的速度,其实可以把光速看成是光子的特有属性。就像一个人拥有质量一样,这是一出生就确定下来的。目前已知的四大基本作用力——引力、电磁力、强力和弱力,量子力学可以从基本粒子交换的模型来解释电磁力、强力和弱力,但是引力粒子目前并没有被发现。对引力最好的解释就是爱因斯坦的广义相对论。

按照规范场论来说,所有基本粒子的质量都应该为零,但实际上并非如此。科学家提出了希格斯场来解释这些基本粒子的质量问题。当粒子运动过程中通过希格斯场时,就会和它发生相互作用,从而粒子的速度减少,使粒子获得质量。但是光子通过希格斯场却是不同的机制,光子并不会被减速,也不会被赋予质量。光子的静止质量为零,30万公里每秒的速度就是光子的固有特性。

爱因斯坦认为,宇宙中有静止质量的物体都不能达到光速,只能无限接近于光速。同时,信息的最快传递速度也只能为光速。至于经常被大家所提及到的宇宙膨胀速度超过光速等,都不违反爱因斯坦对于光速的设定。

需要说明的是,光在介质中传播速度比真空中慢。原因是光在介质中的粒子,尤其是电子,发生相互作用时,光传播的光程变长了,所以宏观现象就是光的传播速度变慢。但本质上,光子的速度并未减慢。那么光是怎样达到光速的?光又是如何保持光速的呢?驱使光子前进的动力又是什么?

如果从光子的粒子性角度来解释,光是由无静止质量的光子组成。根据狭义相对论,既然光子的静止质量为零,它们的速度只能是光速。根据粒子物理标准模型的希格斯机制,没有静质量的光子在穿过遍布宇宙的希格斯场时,光子不会发生耦合作用,所以他们不会获得静质量,速度也不会从光速降下来。光子一旦被产生出来,他们的速度就会直接达到光速。光子的传播不需要能量来驱动。如果没有被物质或者黑洞吸收,他们始终会以光速在真空中无限地传播下去。

另一方面,如果从光的波动性来解释,光的本质是电磁波。麦克斯韦电磁场方程组表明,电场和磁场在本质上是统一的。变化的电场会激发出磁场,变化的磁场又会激发出电场。如此反复就产生了电磁波。由于电磁场以光速建立起来,所以电磁波会以光速传播。电磁场的产生和存在没有借助于介质,所以光可以在真空中以光速传播。虽然随着空间结构的持续膨胀,在空间中传播的光会出现红移,但他们不会完全消失在宇宙中,所以只能说光子一生下来就是光速,所以这或许是大自然的一种规律。

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评论列表
  • 2024-05-05 12:38

    2。个人观点(非教科书)。光(电磁波)的传递肯定是,电场,,磁场,,电场,,磁场,,这样交替传递的吗?不是。如果是这样,那么传递路径必定会受到磁场电场干扰,事实上没有任何试验数据表明光传递路径受到电场或磁场干扰。大量事实表明光传递路径是受到引力的影响。一。光能量是由暗物质粒子传递的能量,不存在光子。光能量来自于电子震荡,也就是电子把震荡能量波传递给了暗物质粒子,暗物质粒子把光能量波传递到周边。当周边外围远方有其它电子时,会吸收暗物质传递过来的光能量波,从而产生电子震荡。因此光没有质量,只有能量。二,暗物质传递光能量是逐个传递的(类似于一排人传递物体),传递速率不变是固定值(即每秒经过了多少暗物质颗粒),因此光速C取决于暗物质密度,暗物质密度高则光速慢,反之暗物质密度低则光速快。三,普通物质内部密度越高,则暗物质密度也越高,二者的密度是互为因果关系的。因此普通物质内部光速就慢,真空(或空气)暗物质密度低光速则快。四,暗物质也对普通物质产生拉连力(引力),因此暗物质密度分布不均匀时会影响光传递路径,表现为受引力影响。五,结论,光传递路径与电场磁场无关,因此光不是电场变磁场,磁场变电场传递的

  • 2024-05-07 11:45

    观测归纳是经典物理,不确定/概率/不知道/假说/的东西也成了物理???用数学与创造假说当物理研究未知的大笑话。撒网捕鱼只能是概率,鱼摊买鱼是计算(物理公理已知)。观测树上苹果数量是确定的,猜测树上苹果数量当然不确定。不确定是观测属性,不是运动属性。哪里会有荒唐的测不准原理???鬼扯的光速不变,具有无穷的运动精度!胡编的测不准原理,居然与光速不变是同伙!!!创造假说宏观微观不同?相对速度哪有谁高谁低?笑死人。精度高低是观测能力问题不可能是真理,也不能否定真理。自然的有无才是真。骗子当然能猜中骰子,号称证明公理公设必然是骗!

  • 2024-05-07 11:44

    核能化石能太阳能都是释放光子,光子本性才是能源问题的关键。参见论文 photon energy and photon behavior discussions,牛顿力学完美解释光子能量与光子行为。光子是电子质子的破碎,电子质子都会以恐怖强大的斥力发射它们的碎块。……中子大冲量撞击原子核是产生光子的最有效方法,电子撞核,质子撞电子,冲量都太小。……加速器驱动的次临界核能可以获得无穷能源,且不受现有裂变材料的局限。

  • 2024-05-07 11:45

    波只是一种粒子宏观时空分布不均匀,水波/沙丘波到处都有,是粒子构成的,有波粒二象性???波是一种物质???以干涉衍射现象否定光是粒子,又去解释粒子干涉衍射,不是笑话是什么???破坏了认知自然的核心根基“确定性” ………场::只能由源完全确定,不可观测(源力不是场力,源能量不是场能量),不必要的,无质量无运动的多余虚幻想象。……地球场给你引力,你给地球场引力,然后地球场给地球引力。这是笑话!!!~~~场与波都是捕风捉影之法,意义很小,破坏巨大。……伟大的赫兹证明电磁波的实验,激励源都是电火花,当然是光子。用了电磁波来解释而已。

  • 2024-05-07 11:46

    悖论斯坦,背叛数学由公理演绎证明特称命题的传统,号称证明全称公设公理。以光速不变假说祸害相对速度公理,祸害绝对时空,祸害能量质量引力等物理基本概念和认知方法,以二象性祸害自然科学的根基——确定性。祸害数学,祸害物理,终身搞骗,祸害极大极深极广。………是恶贯灵魂的彻底的人类公敌!!!迷信蔑视自然的悖论斯坦,瞎搞科幻假说,人类将无法逃脱第六次地球生物大灭绝。———假说科幻骗子招摇过市,自然科学的基础就玩完了!

  • 2024-05-09 12:54

    光子一出现就是光速,也就是加速过程很短,还有一物质和光子一样,也经常被我们用,就是电子,电子的速度在超导上跟光速差不多。光子的传播应该也是和电子一样,并不是串透,应该也是传递。

  • 2024-05-13 00:31

    驱动光运动的是想象力。

  • 2024-05-05 20:09

    就像氢气球,气压越高飞升越快。宇宙中有“光密度”,光速其实是被“光压”推动的。

  • 2024-05-07 11:45

    解释光电效应是个笑话。物理机制根本木有涉及,对光谱特性,对光电子能量分布,对偏振和温度影响等都不能解释。是半知乱解,害大于利(笨蛋好于坏蛋)。发现光电效应是宝贵的金山,本是一条通往微观世界的大道。胡编解释光电效应是毒药祸害!!!………证明光速不变(全称命题)是胡编!光反射驱动光帆恰恰证伪了光速不变。多普勒效应和红移就是相对光速变化。光子进入引力场比如黑洞必然会加速。迈克尔逊-莫雷实验结果的理解::有质量的光子惯性运动,一点也不奇怪。……光子对实验装置相对速度基本不变,两路速度差极小,地球重力对光子速度影响太小也测不到,近似为惯性系。

朝宗惊鸣

简介:热爱体育,探索未知宇宙