物體速度無法超過光速,那光子如何達到光速?動力來源到底是啥?
光的速度是宇宙間最快的速度,按照愛因斯坦的理論,光速是所有物質運動的速度上限,而光子就是以如此恐怖的速度在運動着。
以我們人類的科技來說,現在還沒有任何飛行器能實現光速飛行,就連接近光速都做不到,如果我們弄清了光子運動的動力是什麼,我們是否就能實現光速飛行了呢?
光子是什麼
根據百科的解釋,光子是一種基本粒子,是電磁輻射的量子,而在量子場論中,光子又是負責傳遞電磁力的力載子。
光可以說是一種「折磨人的東西」,物理學家無法摸透它的性質,因為它的存在實在是違反我們的常識。在諸多的實驗和研究結果中,都表明光子的內秉質量精確為0,換言之,光子的靜止質量為0。
質量和速度有什麼關係?
假設現在你需要把一個球扔出去,這顆球的質量要是很小,那你應該很輕鬆就能把球扔得很遠。要是這個球質量很大,就算你用了「洪荒之力」,球在空中運動的速度和距離可能都不會太理想。
而且,平常生活中,幾乎所有物質都是有質量的,這就是為什麼我們覺得物質在運動時,需要花一定的時間加速,才能達到速度上限。
但是光子是沒有質量的,這是多神奇的一件事!這意味着光子沒有物質性質的實體,不需要遵守其他實體質量物體需要遵守的物理性質,它可以很輕鬆地運動到千里之外。
光子不需要動力驅動,它從開始運動起,就已經達到了光速。這是光子的性質,同時也是它的自然規律,可以說,光子本質上就像沒有被轉換為質量這個格式的能量。
為什麼光子如此神奇?為什麼光子移動的速度是個精確值?為什麼光子沒有質量?我只能用物理學家Richard Feynman的話來回答你:「沒有人能解釋為什麼光的速度是這樣的。」
不可打破的光速,無法理解的光子
在往期的文章里我們也提到過,光速只能被測量,而任何對光速更精準的測定,都不會改變這個速度的精確值,被改變的反而是我們對米的概念。
就好像每個人都生活在宇宙中,人們只能學習和了解宇宙,即使新的觀測推翻了之前的結論,被改變的也只是人們的認識而非宇宙本身,宇宙就在那裡,光子的速度也是一樣。
物理學家為了揭開光子的謎團,努力了好幾百年。在17世紀至18世紀,當時的物理學界分成了兩派:光微粒說與光波動說。
物理學家普朗克
持第一種意見的人認為,光是由無數微小粒子組成的物質。認為光是波動的物理學家則說,光是一種瀰漫在宇宙中的以太所傳播的波動。
前者可以解釋光的直線移動與反射,但無法解釋光的折射、衍射現象,後者能夠解釋光的大部分現象,卻依然不能正確解釋光的衍射。
隨着物理學的發展,傳統的牛頓世界觀被打破,量子力學也成為現代物理學的「明星」,那麼現在的光是如何被解釋的呢?
波粒二象性
光子和其他量子一樣,同時具有波和粒子的雙重性質,這就是大名鼎鼎的波粒二象性。
以前的物理學家想用粒子或波,這樣的單一性質來解釋光子,卻總是有解釋不了的地方,誰曾想人家光子同時具有波動性與粒子性這兩種特性,光不僅可以部分地以粒子的術語來描述,也可以部分地用波的術語來描述。-奇趣魅麗坊-