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光子凭什么到达光速,是否需求动力驱动,有方法减慢吗?

网络上常看到诸如此类的问题,今日咱们一同来评论一下。光子无须“动力”催动,它一出世便是光速。因为光子没有静寂质量,也便是其静寂质量有必要严厉为零。现代许多最重要的物理理论都是建立在这样一个假定上的,比…

网络上常看到诸如此类的问题,今日咱们一同来评论一下。

光子无须“动力”催动,它一出世便是光速。

因为光子没有静寂质量,也便是其静寂质量有必要严厉为零。现代许多最重要的物理理论都是建立在这样一个假定上的,比方库伦规律的平方反比规律、麦克斯韦方程组和电磁场的拉格朗日量等,咱们光子静寂质量不为零,这些理论都将被推倒,而以这些理论为根底的简直一切现代物理学和量子力学理论就要重建。

爱因斯坦依据质能方程E=MC^2和光量子能量公式,大略推导出光子动质量上限,其表达式为:m=hv/c^2。式中,m代表光子动质量上限,h为普朗克常量,v代表恣意电磁波频率,c为光速。

依据这个公式,可计算出光子动质量上限约为5.74x10^-50kg。国际武汉华中科技大学教授罗俊领导科研团队,进行了一个“用精细扭秤查验光子静寂质量的上限”的研讨,得出新的光子质量上限为10^-48kg的效果,这个效果得到国际科学界的供认,在曩昔光量子质量上限根底上提升了2个数量级。

但这些这仅仅对光子动质量的研讨,而静质量严厉为零的假定迄今没有人可以证伪,因而光子静质量为零的假定依然是科学界奉行的禁区和杠杠。

光子的出世和逝世。

首要咱们要记住,光子是电磁波传递的前言,也可以说电磁波便是光波。因而不要把光了解为单纯咱们人眼可见的光,可见光仅仅电磁波谱里边一个很窄的频段,波长约在380nm~760nm之间,频率约在380~750THz规模;而整个电磁波谱频段还包含无线电波、红外线、紫外线、X射线、γ射线,这些都是光的办法,波长包括千米级到皮米级,频率包括几个Hz到数万亿亿Hz,只不过是肉眼不可见的光罢了。

光子的发生进程是微观国际的运动,有两个办法:一是正反粒子湮灭,会宣布耀眼的光辉,这便是发生了光子;二是电子吸收能量后会发生跃迁,从低能态到激发态,为了到达安稳状况,会回到基态,就会宣布一个光子。

不管是核聚变仍是火光、灯火,一切的光子都是这样宣布来的,这些看得见看不见的光,组成了咱们充溢世界的电磁波。那么这些光子会逝世吗?咱们说它们消失了便是逝世,这种逝世每天都在发生,咱们看到阳光晒到大地上,就不见了,这便是死了。但它们没有真实地死去,而是被吸收转化了。

电子吸收光子发生能量跃迁,本来的光子就没有了,但电子为了安稳要回到基态,就会开释一个光子,这样新的光子又发生了;光子还会与物质发生能量交流,变成分子的动能,然后发生温度,这可以了解为光子被物质吃掉了,转化出能量。

光子为什么一出世就具有光速?

这是光子的根本特性,它便是这个脾气。任何有质量的物体要运动都要耗费能量,速度越大所耗费的能量就需要越大,这些能量加在物质上,物质就获得了更大的动质量。速度越快所需能量越大,动质量就会越大,因而凡有质量的物体,运动速度就会遭到约束,无法到达光速,一个电子也不破例。

这是因为物质运动遭到质速联系的约束,质速联系公式表达为:M=m/√

其间M为物质的运动质量,m为物质的静质量,v为运动速度,c为光速。依据这个公式咱们可以得出,当有静寂力气的物体速度趋近光速时,其动质量会趋于无限大。何谓无限?便是整个世界质能也不是无限的,一个电子到达比世界总质能还要大的动量,这便是一个悖论。

而光子因为没有静质量的,因而其运动速度无需能量就可以到达,不受能量巨细左右。但能量巨细可以让光子以波长和频率的办法反映出来,能量越大,波长越短,频率越高。所以光子一出世,便是光速,无须“动力”和所谓“瞬间加快”。

当然光速常量每秒约30万千米,是指在真空中的速度,不同介质中,光速是不一样的,如光在冰中的速度为2.30×10^8m/s,水中的速度为2.25×10^8m/s,酒精中的速度为2.2×10^8m/s,玻璃中的速度为2.0×10^8m/s等。

光子运动速度也可以慢下来。

除了上述在不同介质中,可以让光速变慢,还有一种让光子运动慢下来的办法,便是冷冻。一般的冷冻当然不可,在世界空间只要不到3K,也便是-270℃以下,光速仍旧坚持其准确的常量,也便是299792458m/s。

但科学家们在实验室制作了比这低许多的温度,现已无限挨近绝对零度了。如科学家们在国际空间站制作出-273.149999999999℃的温度,间隔绝对零度-273.15℃只差0.000000000001℃,也便是亿分之一K。

在这种特别低温下,物质出现出一种特异状况,也便是波色~爱因斯坦凝聚态。这是爱因斯坦的预言之一,又被证明了。这种物质形状被称为除了气态、液态、固态、等离子态,物质的第五态。这种状况下物质出现出超流体和超导性质,电阻奇特消失了,而光在这种环境中也好像被冻得走不动了。

1999年,丹麦物理学家莱娜领导的一个团队,成功使用超流体将一束光的速度降低到17m/s,到了2001年,她现已可以将一束光彻底冻住。

这便是光速的一些美妙特性,与我们一同共享。谢谢阅览,欢迎评论。

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