“光”是什么?從本質(zhì)上來(lái)說(shuō),光其實(shí)就是電磁波,而電磁波是電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互作用后產(chǎn)生的一種震蕩粒子波,是一種波狀傳播的場(chǎng),同時(shí)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(shuō)的“光子”,其實(shí)是一種基本粒子,它負(fù)責(zé)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(guī)范玻色子。光子的移動(dòng)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(dòng)力是從什么得到的?
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在我們的常識(shí)中,任何物體想要運(yùn)動(dòng),都需要一個(gè)“力”。比如,把一塊石頭放在地上,如果你不去管這個(gè)石頭,沒(méi)有意外發(fā)生的話,這個(gè)石頭不會(huì)自己移動(dòng)。你對(duì)這個(gè)石頭施加的任何力都會(huì)對(duì)這個(gè)石頭產(chǎn)生影響,對(duì)這個(gè)施加的力越大,產(chǎn)生的改變就越大。人類的交通工具是由各種不同的能源轉(zhuǎn)化為熱能或者電能驅(qū)動(dòng)的,那么讓光子移動(dòng)的“力”從何而來(lái)?
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首先,我們來(lái)清楚一下光速的概念,光速是目前人類發(fā)現(xiàn)的物體運(yùn)動(dòng)的最大速度,而相對(duì)論認(rèn)為,光速就是速度的“極限”!因?yàn)槿魏斡匈|(zhì)量的物體在接近光速的過(guò)程中,質(zhì)量會(huì)不斷增加,當(dāng)這個(gè)物體實(shí)現(xiàn)光速時(shí),它的質(zhì)量就等于“無(wú)限大”,有限的能源無(wú)法讓無(wú)限大質(zhì)量的物體移動(dòng),所以存在質(zhì)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(shí)現(xiàn)光速。
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光子的靜止質(zhì)量為零,但是光子在以光速運(yùn)動(dòng)時(shí)擁有有能量、動(dòng)量、質(zhì)量。在正常的宇宙中,光子永遠(yuǎn)不會(huì)靜止,光子在產(chǎn)生后,就會(huì)以光速移動(dòng),光子的移動(dòng)并不需要任何的“動(dòng)力”,就會(huì)自然而然地達(dá)到宇宙中速度的極限。
在真空中光速是恒定的,對(duì)于任何觀察者來(lái)說(shuō),光速都不會(huì)發(fā)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(huì)實(shí)現(xiàn)超光速,光速恒定是宇宙的第一前提。換句話來(lái)說(shuō),宇宙本身就是這樣,沒(méi)有為什么,因?yàn)樗驹撊绱耍?/p>
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如果你非要得到一個(gè)答案的話,可以從“光”的本質(zhì)入手。前文已經(jīng)提到過(guò),光的本質(zhì)就是電磁波,當(dāng)電磁波的能階超過(guò)產(chǎn)生輻射的臨界點(diǎn)后,就會(huì)向外以光波的形式向外輻射,光就這樣產(chǎn)生了!
電磁輻射的強(qiáng)度和溫度有關(guān),溫度越高產(chǎn)生的輻射量就越大電磁波的波長(zhǎng)會(huì)更短,相對(duì)而言發(fā)出的光也就越耀眼。而所有高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)產(chǎn)生電磁輻射,所以宇宙中的任何物體都會(huì)“發(fā)光”,只不過(guò)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(wú)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(zhì)相同,區(qū)別在于“波長(zhǎng)”和“頻率”。電磁波的本質(zhì)是“電子場(chǎng)”,“場(chǎng)”指的是某個(gè)物理量在一個(gè)空間區(qū)域內(nèi)的分布,用“場(chǎng)論”可以更好地去理解電磁波運(yùn)動(dòng),以及光的“波粒二象性”。
光既可以是粒子,也可以是波,這是因?yàn)橛钪嬷写嬖诖罅康膱?chǎng),這些場(chǎng)可以遍布整個(gè)宇宙。用引力場(chǎng)可以快速的理解“場(chǎng)”的概念,廣義相對(duì)論認(rèn)為,引力的本質(zhì)是時(shí)空的彎曲,一個(gè)物體產(chǎn)生的引力范圍就是“引力場(chǎng)”,我們?cè)诘厍虻囊?chǎng)中,也在太陽(yáng)的引力場(chǎng)中,同樣也在銀河系的引力場(chǎng)中。
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科學(xué)家認(rèn)為,整個(gè)宇宙中存在一種神奇的量子場(chǎng)——“希格斯場(chǎng)”,宇宙中的基本粒子和希格斯場(chǎng)相互作用后,就會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量。希格斯場(chǎng)地本身震動(dòng)會(huì)產(chǎn)生希格斯玻色子,這種玻色子基本已經(jīng)被科學(xué)證實(shí)存在了。
宇宙中的物質(zhì)之所以存在質(zhì)量,是因?yàn)闃?gòu)成物質(zhì)的基本粒子會(huì)和無(wú)處不在的希格斯場(chǎng)相互作用,獲得質(zhì)量后,這些基本粒子的運(yùn)動(dòng)速度就會(huì)因?yàn)楂@得質(zhì)量后相對(duì)減速,光子可能并不會(huì)和希格斯場(chǎng)產(chǎn)生相互作用,也有可能是光子在和希格斯場(chǎng)發(fā)生相互作用后,也不會(huì)受到影響,所以光子的靜止質(zhì)量為0,而光子在運(yùn)動(dòng)時(shí),因?yàn)闆](méi)有質(zhì)量的阻礙,就輕松的達(dá)到了宇宙中速度的極限——光速。
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光的運(yùn)動(dòng)不需要“動(dòng)力”,因?yàn)殡姶挪ㄔ诋a(chǎn)生后,就會(huì)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(dòng)力就可以實(shí)現(xiàn)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(xiàn)象都不是物體運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的,也不會(huì)傳遞信息。光速是基本粒子在運(yùn)動(dòng)時(shí)速度的“上限”這就是我們宇宙的“內(nèi)秉屬性”。
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