光既然可以每秒30万公里,那它的动力是什么呢?

如题所述

第1个回答  2022-07-17
光有波粒二相性,说的是它是电磁波也是光子。是电磁波是因为它的表现可以用电磁波理论来描述。说是粒子是指它的能量是一份一份的。光来之物质,不论我们点的油灯还是烧的火把,不论我们看见的太阳还是电灯。我们知道这个电磁波是从原子内发出,与原子内电子能量轨道的跃迁有关。当电子从高能级向低能级跃迁时,就会产生光。而光向外传播是以电磁辐射的方式传播的。电磁辐射的速度,与存担传播它的介质有关。在宇宙空间,空气,水等介质中,电磁辐射的传播速度是不一样的。有了这些知识,回答上面问题就不难了。第一,光的动力来自电子跃迁。第二,光的传播速度并不一定是30万公里/秒,与存担传播的介质有关。第三,宇宙空间并不“真空”,存在有能传播电磁波的介质。还有更深的探讨,等待未来解说。

在经典物理学中大家都知道,要想让一个物体获得速度就需要给它提供能量,这个能量可以转换为物体运动的动能。因此也就有人有疑问,真空中光速30万公里,那么它的动力是哪里来的哪?

光应该是宇宙中最常见也是最神秘的存在了,最开始大部分人都认为光是瞬时作用的,就是没有速度的概念,无论传播到多远的距离不需要消耗时间。这种印象也很符合我们的认知,因为只要光一出现瞬间就可以填满小黑屋。当然我们现在知道这都是由于光速太大的原因,光速一秒钟可以绕地球七圈半,你认为仅仅生活在地球上某个国家、某个城市、某个街道、某个小区的我们可以感受到这种时间差吗?

但有的自然哲学家就不这么认为,第一个提出质疑的就是伽利略,他老人家开始组织人手进行了光速测量,当然结果不如人意,光速并不是那么好测量的。而真正测出光速或者是接近光速的是法国物理学家菲索(Fizeau,1819-1896),他设计了一套测量光速的装置(旋转齿轮),最终测出的光速是31.5万公里每秒,这和真实光速已经很接近了。

而光速真正的数值是在麦克斯韦提出他的“精美方程”之后,用波长和频率相乘得到速度,最终光就是电磁波的结论也被所有人所接受。以后的光速不用测量,直接就用频率乘以波长。光是电磁波,它的速度就是震荡的电场产生震荡的磁场,如此循环下去就是电磁波的传递。最后经过牛顿的绝对时空观,光在已经以太中传播,再到爱因斯坦的光速不变原理发展出相对论,科学家对于光了解的越来越透彻。

光从粒子说发展到波动说,最后再到波粒二象性。爱因斯坦提出了光电效应,认为光的能量形式也是“一份份”的,也就是量子形式,从此光又有了新描述形式光量子,简称为光子。在宏观上来看恒星核聚变发光、家里用电发光、点燃火把发光,但是从微观角度上来看是因为绕原子核运动的电子。

从量子力学角度来考虑,电子在原子核外是呈现概率分布的,也就是不存在具体的位置,是一片电子云。电子所处的位置有高能级和低能级之分,当电子吸收能量就会从低能级跃迁到高能级,但是这并不是稳定的状态,电子有自发向低能级跃迁的趋势,这个时候多余的能量就会一份份的释放出去也就是一个个的光子。

所以说光实际上是能量并非是物质,它没有静质量,因此电子跃迁释放的能量会完全无损失的转化为动能。从宇宙大爆炸支持,一切的物质和能量全部来源于“奇点”,那个时候开始能量就以光的形势产生了。也可以换一句话来说没有静止质量的生来就是光速运动,如果不是光速运动,那么现在的一整套科学体系就直接坍塌了。光子不存在加速过程,直接就是光速,它们不是物质的是能量,不要认为称为光子就是真正的粒子。

如果我们扔一个很重的铅球,最多只有十几米远。然而,如若是扔一颗手榴弹的话,至少也有三、五十米。为什么呢?这是因为同样的能量,质量越小的物体获得的运动速度就越大。于是,质量较轻的物体,被抛出的距离就较长。

光子是我们宇宙中不可再分的最小粒子,即是量子的激发态。其角动量为普朗克常数h,约为6.623x10-27尔格秒。这是一个非常小的数值。

由于角动量等于质量、半径和角速度的乘积,说明光子也是一个实体粒子,其质量和半径都是大于零的。

然而,与各种基本粒子不同的是,光子并不是由高能量子组成的封闭体系,因而其没有屏蔽量子的动能。

由于质量是被封闭的粒子关于其空间效应的度量,所以作为离散的激发量子,光子的质量是非常小的,小于10-40克。即便是与最轻的电子相比,光子的质量不足电子的万亿分之一。

这就是为什么,光子可以具有极大的速度在空间运动的原因。其一方面,是因为体积的细小,受到空间的束缚不大;另一方面,则是量子只要获得很小的能量,就可以成为光子,具有很快的速度。

实际上,在光子的能量中,只有极小的部分是动能。由于量子空间的密度很大而光子的质量又很小,以至于光子的能量主要是相对于空间的势能。

光速仅只是光子维持其相对于空间势能的速度。这也是为什么我们在通常的情况下,看不到光速变化的原因。

因此,光子之所以具有较大的速度,使其由原来的无规运动(基态量子)转变为有向运动的,就在于我们对空间量子的激发。

这就好比空气,在通常的情况下,气体分子是无规运动的,其对我们的碰撞