“光”是什么?從本質上來說,光其實就是電磁波,而電磁波是電場和磁場相互作用后產生的一種震蕩粒子波,是一種波狀傳播的場,同時也具備波粒二象性,因此光可以是波也可以是粒子。
我們常說的“光子”,其實是一種基本粒子,它負責傳遞“電磁相互作用力”,這種傳遞各種相互作用力的基本粒子被稱為“玻色子”,光子是一種規范玻色子。光子的移動速度是宇宙中最快的速度,那么光子是怎么加速到光速的?光子的動力是從什么得到的?
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在我們的常識中,任何物體想要運動,都需要一個“力”。比如,把一塊石頭放在地上,如果你不去管這個石頭,沒有意外發生的話,這個石頭不會自己移動。你對這個石頭施加的任何力都會對這個石頭產生影響,對這個施加的力越大,產生的改變就越大。人類的交通工具是由各種不同的能源轉化為熱能或者電能驅動的,那么讓光子移動的“力”從何而來?
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首先,我們來清楚一下光速的概念,光速是目前人類發現的物體運動的最大速度,而相對論認為,光速就是速度的“極限”!因為任何有質量的物體在接近光速的過程中,質量會不斷增加,當這個物體實現光速時,它的質量就等于“無限大”,有限的能源無法讓無限大質量的物體移動,所以存在質量的物體就算不斷加速,也只能不斷地接近光速,不能真正地實現光速。
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光子的靜止質量為零,但是光子在以光速運動時擁有有能量、動量、質量。在正常的宇宙中,光子永遠不會靜止,光子在產生后,就會以光速移動,光子的移動并不需要任何的“動力”,就會自然而然地達到宇宙中速度的極限。
在真空中光速是恒定的,對于任何觀察者來說,光速都不會發生變化。光速和任何速度相加,都只能得到光速,所以把手電筒扔出去,并不會實現超光速,光速恒定是宇宙的第一前提。換句話來說,宇宙本身就是這樣,沒有為什么,因為它本該如此!
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如果你非要得到一個答案的話,可以從“光”的本質入手。前文已經提到過,光的本質就是電磁波,當電磁波的能階超過產生輻射的臨界點后,就會向外以光波的形式向外輻射,光就這樣產生了!
電磁輻射的強度和溫度有關,溫度越高產生的輻射量就越大電磁波的波長會更短,相對而言發出的光也就越耀眼。而所有高于絕對零度的物體都會產生電磁輻射,所以宇宙中的任何物體都會“發光”,只不過這些光不能被人類的肉眼觀察到。
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電磁波在宇宙中無處不在,但是只有光波可以被人類用肉眼觀察到,電磁波的本質相同,區別在于“波長”和“頻率”。電磁波的本質是“電子場”,“場”指的是某個物理量在一個空間區域內的分布,用“場論”可以更好地去理解電磁波運動,以及光的“波粒二象性”。
光既可以是粒子,也可以是波,這是因為宇宙中存在大量的場,這些場可以遍布整個宇宙。用引力場可以快速的理解“場”的概念,廣義相對論認為,引力的本質是時空的彎曲,一個物體產生的引力范圍就是“引力場”,我們在地球的引力場中,也在太陽的引力場中,同樣也在銀河系的引力場中。
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科學家認為,整個宇宙中存在一種神奇的量子場——“希格斯場”,宇宙中的基本粒子和希格斯場相互作用后,就會產生質量。希格斯場地本身震動會產生希格斯玻色子,這種玻色子基本已經被科學證實存在了。
宇宙中的物質之所以存在質量,是因為構成物質的基本粒子會和無處不在的希格斯場相互作用,獲得質量后,這些基本粒子的運動速度就會因為獲得質量后相對減速,光子可能并不會和希格斯場產生相互作用,也有可能是光子在和希格斯場發生相互作用后,也不會受到影響,所以光子的靜止質量為0,而光子在運動時,因為沒有質量的阻礙,就輕松的達到了宇宙中速度的極限——光速。
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光的運動不需要“動力”,因為電磁波在產生后,就會以光速向周圍傳播,光速就是宇宙的根本屬性,不需要任何動力就可以實現宇宙中的最快速度。
值得注意的是,比光速更快的速度是存在的,比如量子糾纏和宇宙本身膨脹的速度,但是這些超光速現象都不是物體運動時產生的,也不會傳遞信息。光速是基本粒子在運動時速度的“上限”這就是我們宇宙的“內秉屬性”。
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