光速為什麼可以這麼快?它的動力源是什麼?

黎黎黎黎黎黎宇傑



光生下來就是這麼快,但是光之所以能這麼快完全是因為它沒有質量,而不是動力源讓光這麼快。

我們都知道宇宙中最快的速度就是光速,光速是每秒三十萬公里。按照我們平時的生活經驗,如果想把一個物體加速,那麼就需要給它能量,而加速到越快就需要越多的能量,這樣推理下來光之所以這麼快就是因為光的動力源非常強勁。

但這是不對的,我們日常生活中加速的物體無一例外都是擁有靜止質量的,根據相對論效應,一個有靜止質量的物體速度越快其質量就越大,反過來就需要用更多的能量去推動它,而如果想把它加速到光速,那麼需要的能量就是無限大,所以我們的宇宙中任何有靜止質量的物體都不能達到光速。


光之所以那麼快就是因為光沒有靜止質量,也就是說光的靜止質量為0,如此一來光本身就不受相對論的制約了,光就可以“肆無忌憚”的達到每秒三十萬公里,光子是電子從高能級到低能級過程中產生的輻射,它也沒有加速過程,完全是靠著自身靜止質量為0達到光速的。

雖然光看起來很快,但是它在宇宙中其實也是很慢的,僅僅是從太陽到地球,光就需要差不多8分20秒,而從銀河系一段到另一端就需要十幾萬年,從仙女座星系到銀河系需要230萬年。


宇宙探索未解之迷


光的出生速度就是這麼快,每秒30萬公里,其實光子也不想,但它只是沒有停下來的能量,因為光子沒有質量。

我想你的問題可能是:光是如何產生的?

當一個物體在吸收能量時,如果已經“吃飽”,這個時候它無法吸收的能量就會以另一種能量釋放出來,光就是其中之一。

就像你在加熱一塊木頭時,木頭越來越熱,越來越熱,當木頭無法再吸收熱量的時候,呼地一聲,火苗產生了。

接著你可能要問,這個過程到底是啥樣的?

我們知道當像原子、離子或分子外圍都有電子存在,在未吸收能量前,這個電子一直圍繞著粒子旋轉。

但,每一刻電子都有一顆“回家”的心。

當你開始給它加熱的時候,這時候粒子獲得了能量,它覺得自己更強了,於是向前一步,躍遷到了另一個更接近中心的能量軌道上,這個過程中,電子就會把多餘的能量釋放出來,這時候光子就產生了,並“撞見鬼”一般,以每秒30萬公里極速逃亡。

那為什麼光速是一定是這個速度,而不是48萬、58萬呢?

其實,這是一個邏輯悖論問題。

實際上,光速和時間在某種意義上是同一個東西。光子一秒30萬公里,如果只跑了15萬,那麼其實不是光子變慢了,而是時間相對地球時間快了一倍。如果測量到光速降低到0,那你的時間甚至相對地球時間開始倒流了,此時,你就是光速了。

所以,你看光速超過或低於30萬公里,就會引發時間和邏輯的絮亂。

這就是光速永遠恆定的原因!


科學重口味


題主能問出這樣的答案是陷入到思維誤區了。因為在日常生活中,一個物體的運動勢必需要動力來源。

早在2000多年前的古希臘時期,亞里士多德就認為物質之所以運動是由於力的作用。可是兩千年後。牛頓慣性定律告訴我們:力只是改變物體運動狀態的原因,而不是維持物體運動的原因。

物體不受力也可以勻速直線運動。

科學第一次顛覆了人們的三觀。可隨著科學的深入發展,人類開始研究微觀世界,量子力學顛覆三觀就相當牛頓顛覆亞里士多德一樣。量子力學的規律也不遵守宏觀世界的規律。

光子是由電子輻射出的能量轉變而來的。這種能量用質能方程來解釋是可以轉換為質量的,這就是光子的運動質量。


電子可以在原子中,這時候叫核外電子。也可以在原子外,這時候叫自由電子。電子是帶負電的電荷,電荷的運動就是電流。變化的電流會導致電磁場的激發。也就是電子釋放能量,

電子釋放能量的過程可不是連續的。是一份一份進行的,每一份能量可以轉變成質量,變成物質,這種物種就是光子。

光子的速度直接就是光速,沒有從0開始漸變成光速的過渡過程。釋放能量,能量直接變成以光速運動的光子。

這很違背常識,但在微觀世界很正常。畢竟量子糾纏,量子疊加狀態都是量子力學違背常識的地方。

正如玻爾說的那樣,第一次接觸量子力學沒有被困惑,那麼他一定是沒聽懂。


科學認識論


簡單來說,光子能夠始終保持光速運動,其原因在於光子沒有靜止質量。自光子產生那一刻起,它們就會以光速運動,沒有加速過程,也無需動力源。

狹義相對論表明,靜止質量不為零的物體不能以光速運動,只能無限趨於光速。這是因為一旦這些物體的速度無限趨於光速,它們的動能將會增加到無窮大,所以它們是無法進一步加速到光速。

不同於普通物體,光子的靜止質量為零,它們就必須以光速運動,不需要任何動力源。要說為什麼,這可能就是宇宙的基本法則。

從粒子物理標準模型來看,絕大部分物體都會與希格斯場場發生相互作用。由於弱超電荷交換,這種與希格斯場的相互作用會“減慢”任何有靜止質量的物體。事實上,正是這種被稱為希格斯機制的現象,賦予了物體的質量。而光子與希格斯場的相互作用方式與其他有靜止質量的粒子不同,光子不會“減速”,它們在真空中始終會以光速運動。

或者我們可以從電磁波角度來了解一下光。光的行為會表現出波粒二象性,光其實是電磁波,由交變的電磁場激發所產生,其傳播速度即為光速。

正因為如此,光才可以跨過茫茫空間,從宇宙的各處到達地球。即便是138億年前的宇宙第一縷光,如今仍然還以光速在宇宙中傳播。


火星一號


光速生來就是這麼快,不需要原因,可以說它是宇宙的常數,光子的靜止質量沒有,因為它靜止不下來。雖然光線在經過不同介質時,速度會有所下降,但只要重新回到正常狀態,光速還是光速。(光在金剛石中傳播速度僅有真空中速度的一半。)

光為什麼這麼“快”,其實並不快,太陽光到達地球這裡還需要8分20秒呢,即便是我們看到的月亮也只是一秒前的月亮,而光從銀河系一端跑向另一端,則需要十萬多年。這難道很快嗎?

光子的動力源是什麼?

當電子從高能級跑到低能級時,會向外界輻射光子;反粒子與粒子進行湮滅時也會產生光子。


一枚遊戲科幻迷


光,每秒30萬公里。從理論上講,光速應該是指可見光部分的光。如果是不可見的埃克斯光、貝塔光、伽馬光等,其光速就應該有所不同了。



不管是什麼光,它們所擁有的高速度,都是微觀基本粒子在受到某種激發源的激發而高速運動起來的。

光是一種最基本粒子。如果把它說成是電子,可能有90%以上的人不會同意。但是有一點必須承認,光的媒介物一定是某種微觀粒子。否則,光介物怎麼能被激發運動起來呢?



光媒是一種基本粒子。曾有科學大師也這樣認為:大意是:“光是由一份一份的顆粒物組成的”。這裡的一份一份,就是一個個顆粒物基本粒子。這個基本粒子是一種兼有質量(如光子靜止下來的一個電子質量)、有動能(如能量或溫暖感)、有磁矩(如磁極間距)、有正負極性(如磁鐵兩極)、能被磁化(如磁場)、能自旋(如光譜)、有被物體反射(如普通光)、能穿透物體(如磁力線),能推動或激發物體內自由電子運動(如光電效應)、能被激發出高速直線運動的等一系列運動特徵的粒子。光,受到物體阻擋時還會因動能抵消而靜止下來,最終成為物體上的靜電子、物體內的自由電子以及原子核的核外電子。不過,靜止下來的光電子,就不能再稱它為光了。



在做出光是什麼之鋪墊的前提下,再探討一下光為什麼可以這麼快以及它的動力源是什麼?



電子本身是有極性的,在自然界。比如是高溫環境下的鐵原子,在構成鐵分子時,兩個以上的鐵原子以失去最外層上的各兩個電子為代價,構成金屬鍵。鐵原子,它們在受到環境能量作用時逐步吸收能量(外來電子撞擊動能),原子核體積發生微觀膨脹,核正電荷吸引力出現下降,最外層上的兩個電子擺脫原子核束縛,隨即電子由高速繞核旋轉運動,立即改變自己的行進方向和自旋狀態,以直線運動形式成為光或電磁波。此時的鐵原子已經成為了鐵“離子”。離子與離子之間的距離縮小,兩個或多個鐵離子的外部能道出現重疊。在停止外部能量作用後,離子之間互為對方反電荷,即每個離子都將自己作為正電荷,視對方為負電荷(離子也有極性)。從而構成金屬離子鍵。這裡值得說明的是:

物質的電荷本沒有正負之分,只有物質極性之分和物質多少所帶來的電荷數量多少之分。比如,兩個同樣是負電荷的電子,它們同樣能夠用電荷的異性結合在一塊。



上面這個例子告訴我們,化學反應過程中,當核外電子失去原子核吸引力作用後,電子將以光速直線運動。大量的電子一塊運動就構成了光或電磁波。所以,這裡的光就是被原子拋棄(失去電荷吸引力)的電子。這個本來就運動著的電子,在被拋棄的一剎那,也就成為了光的動力源。



其實,光的動力源是多種多樣的。主要包括:宇宙大爆炸激發、大質量天體坍縮激發、天體相撞激發、太陽內部摩擦能量激發、核反應激發、化學反應時的放能和吸能激發、雲地之間的放電激發、磁力線推動線圈內自由電子運動的激發、電燈鎢絲上放電的激發、電焊電流激發……等等。可謂光電子被激發無處不在。



物質世界,實乃電子運動的世界。可以這麼說,大凡物質運動,都是由某種激發源所激發出來的。光也不例外。


海門老馮


答:光一經誕生就以光速運行,光子的靜止質量為零;光子只要不被吸收就永遠停不下來,而且光子的壽命幾乎是無限長的。


光子可以由處於激發態的電子跌落到更低能級時產生,兩個能級之間的能量差就是激發光子攜帶的能量;光子沒有加速過程,一經產生就以光速運行,光子運動並不需要動力,只有光子在產生時需要提供能量。


單個光子的能量和光子的頻率有關,可以由量子力學給出E=hν,結合相對論質能方程E=mc^2,就可以得到光子的等效相對論質量:

m=hν/c^2;



光子沒有靜止質量,因為倘若光子有靜止質量的話,相對論質增效應將會使單個光子的能量無限大,這顯然是不對的。


而且科學家已經用實驗證明了這點,比如在2003年,就有中國的科學家,測量了光子的靜止質量上限,實驗表明光子靜止質量不會超過10^-54kg,這個結果基本上可以確信光子的靜止質量為零。




需要說明的是,光在介質中的傳播速度比真空中慢,原因是光和介質中的粒子(尤其是電子)發生相互作用,使光傳播的光程長了,所以宏觀現象就是光的傳播速度變慢,但本質上光子的速度並未減慢。



好啦!我的答案就到這裡,喜歡我們答案的讀者朋友,記得點擊關注我們——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


光子一旦產生,速度就是光速,根本就沒有道理可言,這就是我們的宇宙最基本的規律之一。就連愛因斯坦都只能把光子不變定理直接拿過來當成相對論的大前提,而無法去證明為什麼光子速度那麼快。



光速就是我們的一個宇宙常數,如果非要給光速找一個為什麼的話,那就是我們宇宙特性決定的,也可以說是誕生我們的奇點的初始性質決定的。就像是魚缸裡的水總是那麼多,魚很好奇為什麼。當它有一天被放在另外一個很大的魚缸裡的時候,才發現原來魚缸裡的水可以再多點的。魚缸的大小決定缸裡水的多少,不同的魚缸可以可以裝下不同多的水。我們的宇宙也是,奇點的性質決定了爆炸之後我們的宇宙光速就這麼大,30萬千米每秒,不多也不少。當然,如果還有別的不同奇點爆炸,它們產生的宇宙中光速可能會更快點或者更小點。身在宇宙中的我們無法理解奇點的那種性質決定了光速的大小,就像時候缸中的魚無法理解魚缸如何決定了缸中水量一樣。只有跳出宇宙,站在高維才能夠全面瞭解奇點,瞭解為何奇點決定了光速。



至於說光子的動力來自哪裡,那就是來自於產生光子的初始能量,即hv(h是普朗克常數,v是頻率)。因為光子沒有靜質量,所以這份能量全部轉化成了光子的動能,讓光子保持光速前進。


科學探秘頻道


因為光子沒有靜止質量,所以它不需要加速。你可以發現,任何需要加速的物體,它都是具備靜止質量的(靜止質量也就是咱們平時常說的質量,或者是牛頓力學中的質量)。

雖然這有些不可思議,但實際確實是這樣,這也是為什麼再強大的粒子加速器都不能將一個粒子加速到光速的原因,因為粒子具備靜止質量,而通過狹義相對論的質速公式,我們發現當一個具備靜止質量的粒子,在接近光速時,它的質量會趨向於無窮,而無窮大的質量則需要無窮多的能量來進一步提速,顯然宇宙中的能量是有限的(無限的也沒事,反正都得把整個宇宙吞了才行)

而光子的能量也是一份一份的,從一出生就瞬間有了光速,且攜帶一份能量(E=hv,h是常數,v是頻率)。至少在目前來看,微觀世界確實就是這麼運行的,雖然它與宏觀世界差異很大。

期待您的點評和關注哦!


賽先生科普


光速是宇宙中最快的速度,這無可辯駁,一切有靜質量的物體,無論怎麼加速,永遠也到不了光速,因為當無限接近光速的時候,再加速將會需要無盡的能量。但是為什麼光為什麼能夠跑的這麼快呢?

非要說為什麼,我也說不清楚,反正是光從一出生就是這麼快的速度,它不會減速,更不會停下來,

可以說光速是宇宙中的常數,就像萬有引力常數一樣,自宇宙創生之初就已經被定義好了的。

光是一種奇怪的物質,歷史上人們關於光是粒子還是波的爭論持續了幾百年。最先由牛頓提出光是粒子的學說,被人們奉為真理信仰了一百多年,但是後來托馬斯·楊做的雙縫干涉實驗等於是直接給粒子說判了死刑。人們又認為光是一種波,但是奇怪的是人們又發現光傳播好像是不需要任何介質的,這與傳統的波的定義不符,人們又試圖捏造一種無法被觀測到的物質以太,以太作為光的介質充滿整個宇宙空間的任何地方。後來邁克爾遜等人試圖驗證以太是否存在,以太沒發現,倒是發現了光速不變原理。


後來,人們終究還是搞不清楚光到底是粒子還是波,又因為發現了光不僅具有粒子性,比如光電效應,又具有波的性質,比如衍射和偏振,於是就只好說光具有波粒二象性,光既有粒子性又有波動性。愛因斯坦基於量子論提出了光子說,成功解釋了光電效應,又創立了相對論,根據相對論計算,結合質能方程式,可以得出光子的相對論質量是m=hν/c^2,光子的質量與其頻率有關,如果光子停止運動了,那麼光子將不會再具有質量,這也就是為什麼說光子沒有靜止質量。

另外有一點需要說明的就是光在不同介質中的傳播速度是不一樣的,在真空中傳播的速度最快,而在金剛石中的傳播速度只有真空中的一半。光速不變原理是相對論成立的前提,根據相對論也可以得出光子沒有靜止質量的結論,或許不妨理解為光子的能量來自於宇宙創生之初,光子沒有靜質量,所以它可以把能量全部轉化為動能,讓光子保持光速前進。


光的能量來源可謂是多種多樣的,宇宙大爆炸時會產生無數的光子;電燈鎢絲放電時,會激發產生光子;在原子的核外電子從低能級向高能級躍遷的時候,會吸收光子,而從高能級向低能級躍遷的時候,則會放出光子。產生光的方式是有很多種的,反正總有某種方式使得能量轉化為光,而且是在能量守恆的前提下進行的。


分享到:


相關文章: