光是依靠什么动力到达光速的?它的动力又来自哪里?
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我们都知道 , 任何运动的物体 , 都需要动力的支持 , 生命体能够运动 , 是体内的生物能在发挥着作用 , 提供着动力 。 没有生命的各种交通工具 , 它们能够运动 , 也是由各种能源提供了动力才做到的 , 例如:汽车能够跑 , 是汽车能源提供了动力 。
自然界中也有许多能够运动的自然物体 , 它们的运动也是需要动力的 , 而在众多的运动物质中 , 谁的速度最快?相信很多小伙伴都会给出答案:光 。
没错 , 光是人类目前已知的 , 运动速度最快的物质 , 它的速度达到了光速 , 而光速也是相对论体系中 , 物质能够达到的极限速度 。
根据相对论 , 凡是有静止质量的物体 , 它的速度只能无限接近光速 , 不管背后的动力有多么的强大 , 也永远不可能达到光速 。 而在人类目前的认知中 , 宇宙中能够达到光速的物质仅有光和电磁波 , 而光和电磁波本质上也差不多 。
那么光是什么?为什么它能够如此的神奇?根据科学家的研究认为 , 光从本质上来讲 , 也是一种电磁波 , 而电磁波是磁场和电场相互作用产生的一种粒子波 , 是能够向外传播扩散的一种场 。
在高中的时候 , 我们就做过简单的光的波粒二象性实验 , 通过实验 , 我们认识到 , 光即是一种波也是一种粒子 , 它具有两种特性 。
我们平常所看见的光 , 其实是由无数的光子组成 , 而光子是一种基本粒子 , 能够传递电磁相互作用力 , 这种相互作用力的粒子被科学家称之为玻色子 , 而光子本身也是一种玻色子 。
我们对光子的本质有了基本的了解后 , 更疑惑的问题出现了:它是如何运动的?背后的动力又来自于哪里?光子能够以光速运动 , 必然也是需要一个力的 , 那么这个力又是什么?能够驱动光子以光速运动 , 这个力的强大可想而知 。
地球的自然能源产生的力都可以让火箭上天 , 让交通工具带着我们走遍世界各地 , 可是人类科技制造的交通工具 , 它们的速度跟光速相比 , 连龟速也算上 , 实在是太慢了 。
想要揭开光子背后的一些谜团 , 我们还是需要进入相对论的世界 , 在相对论中 , 任何有质量的物体在不断加速的过程中 , 它的质量也会不断增加 , 想要实现光速 , 质量就会变得无限大 , 很明显这是不可能的 , 所在 , 存在质量的物体就算是动力再强 , 速度再快 , 也不可能实现光速 。
光子能够实现光速 , 一个原因就是它的静止质量为零 , 没有质量的光子 , 在运动的过程中也就不受相对论的约束 , 可以达到光速 。 而光子在以光速运动的过程中 , 同样会拥有质量 , 能量 , 动量等 , 所以 , 大量的光子集中在一起撞击目标物时 , 同样也会产生力量 。
光子在宇宙中运动 , 可以非常轻松地到达光速 , 理论上来讲 , 它不需要任何的动力 。 而光速也有一个更重要的特征 , 那就是恒定 , 从我们观察者的眼光看去 , 光速是不会发生任何变化 , 它不会跟任何速度叠加 , 即使是多种速度叠加在一起 , 光速也是独一无二的 , 它不会变 。
光能够有这样特征 , 跟它的本质有一定的关系 , 前文说过 , 光的本质是电磁波 , 而电磁波的能阶超过一定临界点后 , 就会以波的形式向外辐射 , 于是光诞生了 。
电磁波在宇宙中无所不在 , 只是我们肉眼无法看到 , 而能够被我们看到的电磁波 , 只有光这一种 。 电磁波更深层次的本质则是一种电子场 , 而场是指某个物理量在一个空间区域内的分布运动 , 要解释这些 , 只有用更高级的场论才行 。
那么场又如何理解?简单来说 , 场也可以理解为引力场 , 也就是宇宙中无处不在的引力 , 那么引力的本质又是什么?根据广义相对论 , 引力的本质就是时空的弯曲 , 科学家将宇宙想象成一个气泡 , 一个物体在气泡上会产生压力 , 就会形成一个凹陷 , 同时产生向四周扩散的引力场 。
我们身处在地球的引力场中 , 地球处在太阳的引力场中 , 而太阳系又处在银河系的引力场中 , 而整个宇宙有可能同样存在一个神奇的量子场-“希格斯场” , “希格斯场”与宇宙中的基本粒子相互作用 , 就产生了质量 。
现在我们明白了质量是如何产生的 , 它其实就是“希格斯场”与基本粒子相互作用的结果 。 普通的基本粒子都会与“希格斯场”发生相互作用 , 产生质量 , 唯独光子有可能并不会与“希格斯场”产生相互作用 , 所以 , 光子才没有质量 , 才能够达到让我们羡慕的光速 。
光在宇宙中是特殊的 , 它没有质量可以以恒定的光速运动 , 虽然这种速度相对于宇宙的浩瀚来说 , 同样也是龟速 , 但是对于人类来说 , 却是一个无比渴望的速度 。
要知道 , 如果我们能够实现光速运动 , 那人类可以活动的范围就可以扩散到方圆数十光年 , 数百光年 , 对于人类的未来发展有着重要的意义 , 我们走得更远 , 才能够探索更多的宇宙奥秘 , 才能够发现更多的宜居星球 , 人类的延续才会更加漫长 。
【光是依靠什么动力到达光速的?它的动力又来自哪里?】当然 , 科技是无所不能的 , 我们了解了光能够达到光速的秘密之后 , 我们就可以顺着这个线索一直研究下去 , 相信总有一天 , 我们也能够找到方法 , 用科技的力量实现光速 , 甚至利用空间的力量 , 来实现科幻小说中才存在的超光速运动 。
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