光速这么快,为什么光撞在身上人却毫无感觉?

用户93199796533


光速是宇宙中物质与信息的最高速度,但就是这样「最高的速度」,打在人体上,也几乎没有感觉。

这是因为光子的动量非常低。所谓动量,在普通物质上,就是速度乘质量,比如1kg的物体,速度是1m/s,那么动量就是1kg m/s。光子质量为零,但仍然有动量。

光的动量是P = h / lambda,lambda就是光的波长,而h是普朗克常量。

波长越短的光,颜色越偏向紫色,更短则是紫外线、乃至伽马射线。而它们的能量也随着波长的缩短而增加。

从前面的公式可以看到,波长越短的光,动量也越大。

而根据牛顿定律,力是动量的变化率(这是严格的定义,中学课本中的F=ma是简化情形)。比如如果在一秒钟内,动量变化了1kg m/s,那这个物体就收了1N的力。所以我们如果知道单位之间内,有多少光子打到人的表面,并假设这些光子的动量都消失了,那就可以计算人所受到的光压。

这个力非常之小,100瓦的光照到身上,也只会有5.3x10^-8N的力,人体根本感觉不到。不过这个力仍然可以用来推动航天器,比如「光帆」,就是利用光压来作为动力。


章彦博


光撞在人身上怎么没有感觉?光不但有光压,还有光辐射。阳光照在身上不但会发热,晒在皮肤上久了还会灼伤和起泡。

光辐射是一种能量传导。太阳光由不同波长的连续光谱组成,很复杂,分为可见光与不可见光。可见光的波长在400~760nm,散射后成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色,集中起来为白色。不可见光有红外线和紫外线两种,这两种光一头一尾,紫外线波长短,在290~400nm,红外线波长长,在760~5300之间。

太阳光热辐射的主要携带者是红外线,占总能量的43%,其他的光谱波段加起来占57%。在地面上观测太阳波段的范围大约在295~2500nm之间,短于或大于这个波段的辐射会被地球大气中臭氧、水气和其他大气分子的强烈吸收,不能到达地面。

光的另一种性质是具有光压,光压虽然感觉很小,但确实是存在的。

这是因为光子的静止质量为0,只具有很微弱的动量。因此虽然其速度很快,但打在人的身上却难以感受到。19世纪中叶,电磁理论的科学先驱麦克斯韦就计算得出,光正入射到黑体(完全吸收光的物体)上所产生的压强为:P=S/c。

其中的S为光的波印廷矢量值,c为光速。

由此得出太阳光正入射到地面黑体上的光压为p=5*10-^6N/m^2。

1901年,P.列别捷夫用实验证明了光压的存在,他测出的太阳光压值与麦克斯韦的计算结果相符。

光量子与所有基本粒子一样,具有波粒二象性。理论上光子没有静止质量,却有动量,光作为一种粒子,大量的无数的光粒子以光速冲击(照射)到物体上,就会对该物体产生稳定的压强。这就解释了光具有压力的原因。

但光压是很微弱的,人体是感觉不到的,因为无数个光粒子冲击到人体上也还没与一根头发丝的质量,人体是没有那么敏感的感觉的。但科学仪器就有,上述计算所得就是实验和理论计算的结果。

光压虽然看起来很微弱,但对天体运行等诸多方面还是影响很大的。

比如彗星的尾巴就是太阳光压导致的,还有人造卫星在天上运行,就要考虑光压的影响,否则久而久之就会被太阳光推得偏离了轨道。

太空中是一片高度的真空,比地球上人造最厉害得真空还要强上亿万倍,所以在太空没有阻力和摩擦力,这样光压就显出了很大得能量。

霍金在生时已经启动的“突破摄星”计划,就是准备采用大功率激光阵列发射高能激光束,以光压驱动巨大的光帆,带动一颗纳米探测器前往半人马座a星的比邻星。

这个光压驱动将把光帆加速到五分之一的光速,前往4.22光年的比邻星只需要20年时间。

如今斯人已矣,这项宏伟的计划结局将会如何,有待关注。

这就是光这么快,撞在人身上没有感觉,却有强大光压驱动力的原因。

时空通讯观点,欢迎点评讨论。


时空通讯


因为光子虽然速度快,但是动量很小,人体皮肤的感受器无法感受到如此微弱的压力变化。

光可以在物体表面产生压力

光子动量的计算公式与其他物体的不同,不是使用p=m·v计算的,而是p=h/λ,光子在物体表面被吸收,其动能会完全传递给该物体,如果光子被反射,即运动速度不变方向相反,那么该物体获得的动量为该光子动量的两倍。

有动量就会在接触物体的表面产生机械压力,这就是『光压』,属于辐射压(Radiation pressure)的一种,包括可见光在内的所有电磁波都可以对暴露在其表面的物体施加压力。

太阳帆的设想就是基于上述原理,在太空真空环境下,阻力几乎为零,太阳帆依靠微弱的光压经过长时间的加速,也可以获得足够的速度。

光压极为微弱,人体无法感受到

人体之所以被光压没感觉是因为这个压力实现是太微弱了,比一粒尘埃掉落到皮肤上的力量还要小。著名物理学家麦克斯韦第一个算出了光压的具体数值,在晴天的阳光下,太阳对1平方米黑体(对光线完全吸收)的表面压力也仅有 4.7×10^-6 牛顿,这个力量远低于人体能感受的阈值。


和风


其实作用力反作用力的概念在光这里依然可以继续沿用,由于光没有静止质量,所以直接套用牛顿定律不太好计算,所以借用更高阶的物理定律,如动量守恒,我们得知光对物体是有力的作用的,也被称为“光压”。这个作用力极其微小,以至于我们日常难以观察到光压的实例。但是这个力作用在微小的物体上,则会有明显的效果,例如利用激光“冷冻”原子,其实就是利用光对原子振动产生阻尼力引起的。


看风景的蜗牛君


光是我们目前人类已知最快的东西,每秒可以绕地球七圈半,但光照到人身上,并不会让人感觉到疼。即使是以光速的速度。

传统物理学认为,任何物质都是存在质量的,也即是受引力作用。传统物理学认为,当物质质量恒定,速度越大,它所产生的力就越大,即光以光速30多万公里/秒的撞击在人体身上时,是会产生力的作用。但是,事实上,光的照射并不会出现力的作用。而表现为能量(光、热)。


按照目前的科学研究,认为光是有波粒二象性的,涉及到速度一般按照光波来理解,涉及到光电效应就按照粒子来理解,也就说如果光照在一个人的身上,所产生的作用是由组成光的光量子对你产生的作用,可是光量子太过微小,而且不会产生动量,其产生的效果如同乒乓球撞击地球。


不过对于某些特殊的材料光的作用效果还是非常明显的,比如光照射光敏材料可以让材料的阴阳两极产生变化,当然这种作用力对于那种可以改变物体形态的力并非同一概念,但是不能说光作用在物体上没有产生力。


良良引力波


严格来说,光照到人身上是会有感觉的,比如晒太阳,你会感到温暖,这是因为,光是由能量的。

晒太阳是一件很温暖的事


我理解您的意思是:光为什么不会产生动量,对人产生冲击力。(外行说话,请包含)

这也很好理解,因为光是一种电磁波,本身是没有质量的。试想,如果光有质量,太阳光可能就会被体积大质量高的行星甚至别的恒星完全吸走(万有引力);或者到达地球的光也会掉到地上而不是树叶子上,植物就不能进行光合作用。

光沿直线传播


那么,什么是电磁波呢?

电磁波,是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波,是以波动的形式传播的电磁场,具有波粒二象性。这是360百科的解释。

大家可以这么理解,你在湖中心投下一粒石子,湖面会起水波,水波会传递得很远,但是传递到湖面很远处的水波中的水并不是湖中心的水,湖中心只是传递出了能量而已。同理,光波也并没有将别的地方的什么物质传递过来,而仅仅是能力。


耘丑


我们都知道,300000Km/s的光速是宇宙中目前已知最快的速度,光行进一年的长度叫做光年。天文学中一般用光年来丈量星系与星系之间的距离,通过一定程度的物理学习,我们都知道光也是一种物质,那么既然光的传播速度那么快,为什么撞到身上时,人不但不会受伤,还没有任何疼痛的感觉呢?

一种说法是,和我们用的WiFi信号、手机信号、激光信号一样,光也是一种电磁波,虽然速度非常快,但它在传播的过程中只会释放能量,并不会产生力的作用。所以在这就是为什么光在照射的过程中,我们可以感受到热和亮,但是不会感受到任何撞击力的原因。

另一种说法是,光也有一定的质量。虽然依据传统物理学理论:恒定质量的物体速度越大,所产生的力就越大。但光的质量非常小,无穷接近于0,以至于三十万千米每秒的速度也无法让它产生力的作用。这就好比一只蚂蚁掉落在地球上所产生的冲撞力,当然可以忽略不计,因此我们也就完全体会不到光照的冲撞感。

还一种说法是 光其实属于一种暗物质,在电磁波的驱动下可以被我们的肉眼所看到,但物体是完全感受不到它的存在的 。

相信未来经过坚持不懈的科学研究,科研人员能够为我们提供更加明晰的回答吧。


找靓机科普号


在科学上,这种冲击力叫做光压!简单地说就是,光子的质量和能量的比例非常非常小,静止的质量为零!所以宏观上,这种所造成的冲击力一般可以忽略的!但是在微观上,却未必可以忽略,比如光电效应,分子热运动等等!顺便提一下,光也是有压强的!

虽然我们感觉不到光的压力,但是我们却可以感受到它的效应!比如你在晒太阳的时候,会感觉到暖和,这是因为光子的动能转化成了你身体表面的内能了!

所以你没有感觉是对的,但是它仍然存在冲击力,也就是光压!

这里顺便提一项技术,技术光帆技术,这是霍金教授在2016年提出的!而刚刚得知,霍金在今天逝世了!所以借此机会,向老一辈科学家致敬!一路走好!


量子科普



我们都知道,物体的速度越快质量就会被相对论效应急剧放大,《三体》中毁灭三体星系的就是以近似光速的光粒,或者说就是一块以近光速飞行的石头。

而光速作为宇宙空间内速度的上限,按理说太阳光就应该像机枪一样把地球打成筛子,可是地球好好的我们也好好的,这都是因为光子太小了,而且光是具有波粒二象性的应该被称为光量子,打到人身上还没有一粒灰尘的冲击力大。

我们平常说的光都是可见光,这只占所有光中很少的一部分,红外线紫外线也是光只是我们看不见,如果被紫外线等高能光子长时间照射,那么人肯定会死亡,可是我们平常太阳光是经过了地球大气层的重重过滤才到我们身上的,紫外线早就被臭氧层吸收了。

还有一点就是光量子在传播的时候显示出波的特性,和物体发生反应的时候显示出粒子的特性

光照射到物体会产生光压,不过这种压力非常非常非常非常小对人体毫无影响,但是在外太空真空环境中光压就可以推动太阳帆飞船,霍金生前的“突破摄星”计划就是用地球上的高能激光束去推动纳米探测器达到光速的五分之一然后飞向比邻星。


宇宙探索未解之迷


因为光撞在我们身上产生的力量太小了!虽然光速很快,但光子非常小,撞在我们身上产生的压力太微弱了,每平米只有5×10的-6次方牛顿,如此微小的力我们根本感受不到,就好比一粒灰尘掉落在我们身上,事实上光压比灰尘掉落我们身上产生的力要小很多!

光压的大小事根据光的电磁理论或者光的量子理论计算得出的,最早由麦克斯韦提出了光压的存在,并在之后的科学实验中得到进一步证实!

虽然光压十分微弱,看起来不会有什么用途,但事实也并非如此。人类利用光压产生的动力甚至能完成一定意义上的星际旅行。

比如说一种名叫“太阳帆”的动力装置,就是利用光压的产生的动力,瞬间获得巨大的推动力,然后达到非常高的速度,理论上速度可以达到光速的10%!

当然前提是这种太阳帆要非常巨大,这样才能产生巨大的推动力,同时太阳帆的材料需要尽可能是轻质材!

虽然人类距离真正的太阳帆还有相当长一段路要走,但科学家们已经付诸行动,寻找更轻质的材料在实验室中制造太阳帆!


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