光速|光的速度达到了每秒30万公里,它的动力来自何处?

像光子这种没有静止质量的东西 , 一生下来就只能以光速运动 , 更不需要外力来维持 。
光速|光的速度达到了每秒30万公里,它的动力来自何处?】光和光速
光本质上就是电磁波 , 具有波粒二象性 , 既可以看作粒子 , 又可以看作波 。 狭义上的光是指可见光 , 仅占电磁波谱上很小的一段 , 而广义上的光包括红外光、紫外光、可见光、X光等 。
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物体是由原子组成的 , 物体发光自然源自微观层面 。 当原子内部的电子吸收能量后 , 便会跃升到高能级 。 高能级并不稳定 , 由高能级掉落到低能级 , 电子便会向外辐射出一定频率的光子 。 当然 , 产生光子的方式不止一种 , 核反应也能产生光子 。
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丹麦天文学家奥勒罗默通过观察木星的卫星 , 认识到光的传播速度是有限的 , 并初步估计了光速 。 伽利略尝试精确测量光速 , 不过以失败告终 。
在19世纪 , 法国物理学家菲索发明了一套旋转齿轮装置 , 并用该装置测出光速为31.5万公里每秒 , 这已经比较接近现代测量值了 。 而光速的精确测量 , 则是麦克斯韦方程提出之后的事了 。
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科学研究表明 , 真空中的光速是宇宙中最快的速度 , 每秒钟能够跑30万千米 , 精确值为299792458米每秒 。 通常我们所说的光速就是指真空中的光速 。
力和运动的关系
真空中基本上空无一物 , 光在真空中传播 , 不会遇到阻力 , 故而可以一直保持这个速度不变 , 不需要外界维持动力 。 除非被其他物质吸收 , 否则将永远以光速运动下去 。
这一点在经典力学中就能找到解释 。 根据牛顿第一定律也就是惯性定律 , 如果没有外力作用 , 物体将一直保持静止或者匀速直线运动状态 。 也就是只要没有阻力 , 不需要提供动力 , 物体就能够永远以恒定的速度运动下去 。 力只能改变物体的运动状态(运动速度或者运动方向) 。
当光在介质中传播时 , 会与介质发生相互作用 , 速度必然会减慢 , 而当光脱离介质时 , 速度又会立马恢复到光速 。 具体的原理就不细说了 。
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为啥光子一出生就能跑这么快?
光子和自然界中的其他物质有所不同 , 光子没有静止质量(物质的内禀质量) , 就是纯能量的载体 。 宇宙中的所有物质都处于运动状态 , 而光子质量为0 , 自诞生起便只能以光速运动 , 这是光子的固有属性 。 因此牛顿第二定律并不适合这个场景 。
现代物理学表明 , 物质之所以具有质量 , 是因为真空中充满了希格斯场 , 这些粒子能够通过希格斯机制 , 与真空中的希格斯场发生作用 , 继而携带静止质量 。 科学家此前预言的由希格斯场激发出的希格斯粒子 , 也已经在高能粒子加速器中找到了 。
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光子属于传播子 , 或者传递电磁相互作用 , 但光子并不会与真空中的希格斯场发生作用 , 因此光没有静止质量 。
根据相对论 , 任何有质量的物体的速度都不可能达到或者超过光速 。 对于质量不为0的物体 , 随着该物体的运动速度不断增加 , 质量会呈指数式暴涨 , 接近光速时 , 质量将会变得无穷大 。 想要将物体的速度加速到光速 , 也就需要无穷多的能量 , 因此物体的运动速度只能无限接近于光速 。

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