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此前 , 韦伯太空望远镜公布的遥远星系团图片 , 让人们再一次感受到了宇宙的广阔 , 原来和银河系相似的星系在宇宙当中还有这么多个 。
韦伯望远镜的首张全彩照片
感叹于宇宙广袤的同时 , 人们又开始思索何时能够乘坐“光速飞船”畅游宇宙 , 虽然这种飞船应该只出现在科幻小说当中 。
不过光速确实是人类已知的最快速度 , 那么光到底是如何达到光速的?是谁给它的动力呢?接下来 , 就让我们一起探索“光”的世界 。
光速的概念图
神奇的“光”人类在很早的时候就对光有所认识了 , 比如在墨子的《墨经》当中就有大量对光学现象和成像方面的描述 。 除此之外 , 欧几里得在《反射光学》当中也记录了许多与光有关的问题 。 可以看出 , 人类对于光这种“神奇的存在” , 一直都十分的好奇 , 并且努力地探索 。
光从本质上来说就是一种处于特定频段的光子流 , 当它在均匀的介质中时就会沿着直线进行传播 , 在引力场当中其传播路径就会发生偏转 。 在不同类型的“光学叙述”当中 , 光表现出的特征是不一样的 。
光子就是电磁相互作用的传递者
比如大家在初中物理课接触得到几何光学 , 其表述就是光是以直线传播的 。 而波动光学当中 , 光就更像是湖面上的波纹一样 。 至于量子光学 , 则直接从更加微观的层面描述了光的特性 , 指出光的能量是量子化的 。
总的来说 , 人类对光的认识还是经历了比较曲折的发展 , 从粒子说、波动说再到波粒二象性 , 科学家在打开光的大门之后 , 才发现它竟然如此的神奇 。
表现出波粒二象性的光的照片
然而更让人们感兴趣的其实是光的速度 , 因为真空光速是人类已知的最大速度 , 可以达到299792458米/秒 , 一般四舍五入为300000公里/秒 。
如果将人类研究出的最快的飞行器速度与真空光速进行对比 , 你就会意识到咱们真的是在以“龟速”前进 。
光速是自然速度的极限
那么 , 光到底是怎样为自己“加油打气”最终达到光速的呢?它的动力来源是什么?
光的动力来源到底是什么?任何东西的运动似乎都需要动力来源 , 比如说火箭 , 人类之所以能将它送上天就是因为制造出了足够强大的动力装置 。 可是哪怕是费了这么多心思 , 火箭的飞行速度与光速比起来依旧啥也不是 。
这样来看的话 , 光想达到这种恐怖的速度应该并不容易 , 可事实真是这样吗?
人类火箭的推进速度可达7马赫
显然不是 , 因为光的运动根本就不需要动力来源 。 根据科学家的观察来看 , 光和我们认识到的一般物质有着显著的区别 , 那就是当它处于静止阶段的时候 , 质量可以忽略不计 。
直到开始运动的时候 , 才会拥有能量、质量等 , 而这种从零到有的特性就使得光子一旦开始运动 , 就不再需要动力支撑 , 可以一直维持着初始速度 。
原子发射光子的模拟图
当然 , 这里主要指的是处在真空环境下 , 如果在其他介质中或者介质的均匀程度发生了改变 , 那么光速也无法稳定不变 。
值得一提的是 , 这些年来科学家为了搞清楚光速究竟是如何达到的 , 还做出了一个假设 , 猜想在宇宙中可能存在着一种名为“希格斯玻色子”的东西 , 它一般使用给粒子减速的方法来赋予它们质量 。
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