光既然可以每秒30萬公里,那它的動力是什麼呢?

追著太陽的人


光的速度確實很快,但光的傳播並不需要任何動力和能量,而且光“一生下來”就以光速飛行,除非被物質吸收,否則光一直會以光速飛行!

光的本質是電磁波,而在麥克斯韋方程組中,光速是一個常數,這意味著在真空狀態下,光速不會因任何運動狀態或參照系的選擇而發生變化。同時,光也是一種能量,並非我們通常所說的物質。

更重要的是,光沒有靜質量。什麼是靜質量?簡單說,我們取一個慣性系K,使一個物體相對於K參照系保持靜止,則在慣性系K中測量到的質量就是該物體的靜止質量。

但光速恰恰很特別,光速不變原理告訴我們,在任何參照系下測量到的速度都是光速本身,也就是說光速是絕對的,比如說,即使你以99%光速飛行,你身上發出的光的速度仍舊是光速,無論在哪個參照系下觀察都是如此。

所以,光沒有靜質量,沒有靜質量的事物只能以光速飛行。從另外一層面分析,物體之所以有靜質量,因為會與希格斯場發生作用,而光並不會與希格斯場發生作用。

同時,光速限制並不是絕對的,並沒有限制所有事物都無法超越光速,相對論的光速限制也是有前提條件的,這個條件就是:任何攜帶能量或者信息的事物都無法超越光速,而宇宙膨脹本身並沒有傳遞任何信息,所以可以隨心所欲地超越光速!


宇宙探索


在經典物理學中大家都知道,要想讓一個物體獲得速度就需要給它提供能量,這個能量可以轉換為物體運動的動能。因此也就有人有疑問,真空中光速30萬公里,那麼它的動力是哪裡來的哪?


光應該是宇宙中最常見也是最神秘的存在了,最開始大部分人都認為光是瞬時作用的,就是沒有速度的概念,無論傳播到多遠的距離不需要消耗時間。這種印象也很符合我們的認知,因為只要光一出現瞬間就可以填滿小黑屋。當然我們現在知道這都是由於光速太大的原因,光速一秒鐘可以繞地球七圈半,你認為僅僅生活在地球上某個國家、某個城市、某個街道、某個小區的我們可以感受到這種時間差嗎?

但有的自然哲學家就不這麼認為,第一個提出質疑的就是伽利略,他老人家開始組織人手進行了光速測量,當然結果不如人意,光速並不是那麼好測量的。而真正測出光速或者是接近光速的是法國物理學家菲索(Fizeau,1819-1896),他設計了一套測量光速的裝置(旋轉齒輪),最終測出的光速是31.5萬公里每秒,這和真實光速已經很接近了。


而光速真正的數值是在麥克斯韋提出他的“精美方程”之後,用波長和頻率相乘得到速度,最終光就是電磁波的結論也被所有人所接受。以後的光速不用測量,直接就用頻率乘以波長。光是電磁波,它的速度就是震盪的電場產生震盪的磁場,如此循環下去就是電磁波的傳遞。最後經過牛頓的絕對時空觀,光在已經以太中傳播,再到愛因斯坦的光速不變原理髮展出相對論,科學家對於光了解的越來越透徹。

光從粒子說發展到波動說,最後再到波粒二象性。愛因斯坦提出了光電效應,認為光的能量形式也是“一份份”的,也就是量子形式,從此光又有了新描述形式光量子,簡稱為光子。在宏觀上來看恆星核聚變發光、家裡用電發光、點燃火把發光,但是從微觀角度上來看是因為繞原子核運動的電子。



從量子力學角度來考慮,電子在原子核外是呈現概率分佈的,也就是不存在具體的位置,是一片電子雲。電子所處的位置有高能級和低能級之分,當電子吸收能量就會從低能級躍遷到高能級,但是這並不是穩定的狀態,電子有自發向低能級躍遷的趨勢,這個時候多餘的能量就會一份份的釋放出去也就是一個個的光子。

所以說光實際上是能量並非是物質,它沒有靜質量,因此電子躍遷釋放的能量會完全無損失的轉化為動能。從宇宙大爆炸支持,一切的物質和能量全部來源於“奇點”,那個時候開始能量就以光的形勢產生了。也可以換一句話來說沒有靜止質量的生來就是光速運動,如果不是光速運動,那麼現在的一整套科學體系就直接坍塌了。光子不存在加速過程,直接就是光速,它們不是物質的是能量,不要認為稱為光子就是真正的粒子。



科學黑洞


光子沒有質量,因此它一誕生,就以每秒接近30萬公里的速度運動,不存在動力來源和加速過程。光子要麼不存在,要麼存在,如果存在,它就一直以光速運行,直到它與其它粒子相互作用被吸收。

光子的產生過程。光是電磁波,電磁波被描述為電磁場的激發,電場激發磁場,磁場又激發電場,依此類推,但首先源自於圍繞每個原子核旋轉的電子的激發。氫原子有一個電子繞原子核旋轉,氦原子有兩個電子繞原子核旋轉,鋁原子原子核周圍有13個電子,每個原子都有一定數量的電子繞其原子核運動。電子繞著原子核在固定的軌道上運行,電子有一個它所佔據的自然軌道,但是如果你激活一個原子,可以把它的電子躍遷到能級更高的軌道。為了達到穩定,電子傾向於回到原來的軌道,當處於高能級軌道的電子回到正常軌道時,即從高能量到正常能量的下降過程中,電子就會發射出一個能量包,即光子,光子的頻率,正好與電子能級的下落相匹配。比如在燈泡中,加熱鎢原子,鎢原子的電子提升到更高的能級,當數以百萬計的電子同時下降到較低的能級時,鎢釋放出大量的光子。

大多數基本物質粒子,如電子、介子和夸克,通過它們對宇宙中普遍存在的希格斯場的阻力獲得靜止質量。光子和膠子,不受希格斯場的影響,所以它們沒有質量,無質量粒子是純粹的能量,無質量粒子有一些獨特的性質,沒有邊界,沒有表面,是完全穩定的,所以不像某些粒子,它們的能量不會衰減成質量較小的粒子,因為它們所有的能量都是動能,它們必須以光速運動。雖然光子自身不會衰變,但是光子的能量可以在與其他粒子的相互作用。事實上,根據狹隘相對論所有有能量的物體,當且僅當它們的靜止質量為0時,才能以光速運動。


科學閏土


誰告訴你光是有速度的,我們對光的測算是有誤區的,拿太陽系來說它並不是我們看見的2-3圍度而是11圍度,只是我們的科技還不能理解跟看到。

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。




一八零1


晚上經常看月亮,月亮距離地球38萬公里,按光速每秒30萬公里,地球上的光一秒多鍾就能達到月亮🌙,在城市上空,晚上千萬盞燈向太空發射光,但好像沒有照亮月亮,月亮還是圓缺變化呈現在我們面前,光源如太陽光,電燈💡光,手電筒🔦,區別巨大,這些不同光源力量產出的光速會是一樣,地球上的燈光照不亮38萬公里處月亮,難道光速30萬公里不是真實的事情。


KongZWang


沒有相應的知識,就別自作聰明。

首先,光速是指光波的速度,不是光子的速度。電磁波的速度也是光速,還有宇宙射線……,電流的速度也是光速,但電子的速度也就是釐米級別。如果都是有某種實體以光速度運行,那你曬一下太陽,不出一秒鐘會被“曬成馬蜂窩”。

其次,說宇宙爆炸速度大於光速,那可是正兒八經的實體物質!那麼,以我們膚淺的知識,會認為科學家根本就不可能推測宇宙直徑。再有,我們現在正在以超光速的速度離開宇宙中心(超光速的爆炸還在進行中),我們都會“永生”,我們的時鐘應該停止,可我們感受到了時間。

不懂就是不懂,我也不懂,就不饒舌了。


教育反思者


如果我們扔一個很重的鉛球,最多隻有十幾米遠。然而,如若是扔一顆手榴彈的話,至少也有三、五十米。為什麼呢?這是因為同樣的能量,質量越小的物體獲得的運動速度就越大。於是,質量較輕的物體,被拋出的距離就較長。

光子是我們宇宙中不可再分的最小粒子,即是量子的激發態。其角動量為普朗克常數h,約為6.623x10-27爾格秒。這是一個非常小的數值。

由於角動量等於質量、半徑和角速度的乘積,說明光子也是一個實體粒子,其質量和半徑都是大於零的。

然而,與各種基本粒子不同的是,光子並不是由高能量子組成的封閉體系,因而其沒有屏蔽量子的動能。

由於質量是被封閉的粒子關於其空間效應的度量,所以作為離散的激發量子,光子的質量是非常小的,小於10-40克。即便是與最輕的電子相比,光子的質量不足電子的萬億分之一。

這就是為什麼,光子可以具有極大的速度在空間運動的原因。其一方面,是因為體積的細小,受到空間的束縛不大;另一方面,則是量子只要獲得很小的能量,就可以成為光子,具有很快的速度。

實際上,在光子的能量中,只有極小的部分是動能。由於量子空間的密度很大而光子的質量又很小,以至於光子的能量主要是相對於空間的勢能。

光速僅只是光子維持其相對於空間勢能的速度。這也是為什麼我們在通常的情況下,看不到光速變化的原因。

因此,光子之所以具有較大的速度,使其由原來的無規運動(基態量子)轉變為有向運動的,就在於我們對空間量子的激發。

這就好比空氣,在通常的情況下,氣體分子是無規運動的,其對我們的碰撞💥是對稱的。因而,我們感受不到空氣的存在。

但是,當我們扇扇子或打開電風扇時,空氣中的氣體分子就獲得了動能,具有了有向運動。這就是氣體分子受到激發的物理機制。

對基態量子的激發,使之成為光子的物理機制也大致如此。只要我們攪動量子空間,就會對空間量子進行激發,從而使基態量子轉變為激發量子—-光子。

只是因為量子太小,其無規運動的速度又很大,普通宏觀物體的低速運動是很難激發量子的。這也是為什麼,低速運動的宏觀物體並沒有感受到量子空間阻力的原因。

如果兩個巨大的天體相互碰撞,就會引起量子空間的漣漪,即形成以光速運動的引力波。其本質也是激發量子,只是單個量子獲得的能量較低,超出了可見光的範圍。

如果原子中的電子對基態量子進行碰撞,從而使其由高能的激發態躍遷回基態,將能量傳遞給了量子。於是,受到激發的量子就成為具有較高能量的光子。這就是著名的光電效應。

除此之外,類似攪動水可以產生水波,電磁場的交互變化,也可以激發量子,產生具有光速傳播的電磁波。

總之,我們的宇宙是由不可再分的最小粒子即量子構成的。因此,宇宙就好比是一個量子海洋,而物質是量子海洋所泛起的泡沫。只要有物體攪動量子海洋,就會打破量子海洋的平靜,使受到激發的量子成為光子。


淡漠乾坤


光子沒有質量,但具備能量,所以也只擁有速度,光速在真空中速度才能達到每秒30萬公里,至於為什麼是這個數字,而且是宇宙中速度上限,愛因斯坦當年也沒搞清楚。第二的問題為什麼宇宙膨脹速度可以超過光速,這個通行解釋;宇宙的膨脹是空間的膨脹,裡面的物質速度並未超光速,只是相互的距離變化超過了光速。這個是個初等數學題,可能很難理解,舉個例子來說明下吧,給你一根10釐米長的橡皮筋,權當它就是宇宙,上面每釐米畫一個點,這點當作宇宙中的星系,你拉伸橡皮筋時當作宇宙膨脹,好了,當相鄰兩點以每秒一毫米速度膨脹時,10秒後,相鄰兩點距離增加一倍變成了2釐米,兩點之間距變化速度每秒1釐米。但是皮筋總長變成了20釐米,兩端點距離變化為每秒10釐米。只要皮筋(宇宙空間)足夠長,那麼速度很容易超過光速。但是皮筋(宇宙空間)上任意一點(星系)相對於周邊的皮筋(宇宙空間)速度確仍然是每秒1釐米,遠低於光速。皮筋(宇宙空間)的拉長我們稱之為宇宙膨脹,拉皮筋的力我們稱之為暗能量,皮筋的收縮力我們稱之為引力


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光無處不在,它們承載著物體的信息在空間中傳播。當我們接收到光,就能知道光攜帶的信息,從而看到發出或者反射出這些光的物體。我們不僅僅研究光的來源,也會研究光本身,人類對於光的研究由來已久。

光速的研究

很早之前,人類就試圖去測量光的速度。但由於光速太快了,快到人們認為是無限的。隨著觀測和實驗的進步,天文學家羅默最早測出了光速,首次確定光速是有限的。此後,實驗精度變得越來越高,光速也測得越來越準,其大小約為30萬公里/秒。

在愛因斯坦創立相對論之後,人們才進一步知道,光速真的非常快,因為這個速度是宇宙中的局域速度上限,沒有任何速度能夠超過它。而且光速還十分特殊,光只能以光速傳播。更為特別的是,無論是哪個參照系中的觀測者,所測得的光速都是完全相等的。

基於相對論的光速不變原理以及人類對光速的高精度測量,物理學家決定在沒有對目前物理量大小產生可測影響的情況下,把光速的大小定義為299792458米/秒。這樣,人類再也不用為精確測量光速而苦惱,而且還能解決用於定義米的米原器存在誤差的問題。

無論是電子躍遷,還是核聚變、核裂變反應,或者是正反物質湮滅,這些過程都會產生光。一旦光產生之後,它們的速度就會瞬間達到光速,而且始終會以這個速度傳播。如果光沒有被物質吸收,它們不會在宇宙中消散掉,而且速度始終保持光速。例如,宇宙在138億年前產生的第一批光子如今還在,它們還以光速在宇宙中穿行。

那麼,光是怎麼達到光速?光又是如何保持光速?驅使光前進的動力是什麼?

光的粒子性

如果從光的粒子性角度來解釋,光是由無靜止質量的光子組成。根據狹義相對論,既然光子的靜質量為零,它們的速度只能是光速。根據粒子物理標準模型的希格斯機制,沒有靜質量的光子在穿過遍佈宇宙的希格斯場時,光子不會發生耦合作用,所以它們不會獲得靜質量,速度也不會從光速降下來。

光子一旦被製造出來,它們的速度就會直接達到光速,沒有從零到光速的加速過程。光子的傳播不需要能量來驅動,如果沒有被物質或者黑洞吸收,它們始終會以光速在真空中無限傳播下去。

光的波動性

另一方面,如果從光的波動性來解釋,光的本質是電磁波。麥克斯韋電磁場方程組表明,電和磁在本質上是統一的,變化的電場會激發出磁場,變化的磁場又會激發出電場,如此反覆,就產生了電磁波。

由於電磁場以光速建立起來,所以電磁波會以光速傳播。電磁場的產生和存在沒有藉助於介質,所以光可以在真空中以光速傳播。雖然隨著空間結構的持續膨脹,在空間中傳播的光會出現紅移,但它們不會完全消失在宇宙中。


火星一號


光的傳播速度那麼快,它的動力源是什麼?

既然問到了這個問題,前提得需要知道光是什麼?光是一種電磁波,這是從波動性來看它的,如果從粒子性來看它的話,光是由光子組成的。但是無論從哪個角度看,光的傳播速度都只能是光速,且無需加速過程,出生就是光速。如果問,為什麼可以這麼去保證它,沒辦法,這是理論要求的。

從粒子性來看,光由光子組成,光子沒有靜質量,它是一種規範玻色子,只能用來傳遞相互作用,這裡科普一下什麼是玻色子,簡單來說,我們常見的物質是由費米子構成的,而傳遞引力、電磁力等基本作用力是以玻色子為媒介的,比如光子、膠子等。那為什麼光子沒有靜質量呢?且來看看狹義相對論中的質增公式,如下:

你會看到,由於光子的運動速度為光速c,所以分母為0,當然學習數學我們知道,分母為0的話,公式失去了意義,為了保證有意義,那麼m0(靜質量)也為0,此時0/0有意義,因此光子的靜質量為0,也就沒有靜質量。

從另一個方面來講,也是這一個公式,由質增公式可以知道,隨著粒子運動速度越快,動質量會增加,以至於逼近光速時,質量趨近於無窮大,對於加速一個質量為無窮大的物體來說,所需要的能量也是無窮大的,這個說不通,因此推導出一切有靜質量的物體都不可以達到光速,那作為以光速運動的光子,也就不能具有靜質量。

從波動性來說的話,光是電磁波,實質是變化的電磁場,電磁場會以光速建立起來,那麼電磁波的傳播速度應當就是光速。

題目最後問到,宇宙的膨脹速度為什麼超光速?對於這個問題,相信你也經常遇到,宇宙膨脹的速度並不是我們認為的單純的運動速度,它是空間整體的膨脹速度,這種膨脹存在於任何一個角落,至於為何距離較近的物體看不出來在膨脹,這是因為距離較近,引力佔據上風,所以沒有表現出來膨脹。


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