文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
速度 , 对于人类文明来说至关重要 , 各种交通工具的速度影响着人类文明的发展 , 如果从更深入的角度来说 , 能源才是影响着人类文明发展的关键 , 不过速度的上限却决定着人类文明的未来!
在地球上 , 人类现在的速度已经足够了 , 不过我们还是在追求更快的速度 , 因为速度越快 , 各种物资流转速度也就越快 , 工业发展的速度也可以更快 , 所以人类还在不断的提升着各种交通工具的速度 。
不过 , 人类现在的各种交通工具 , 都是为了在地球上运动设计的 , 而人类的未来是在遥远的宇宙中 , 当人类进入星际时代后 , 对于速度会跟更高的要求 。
对于整个宇宙来说 , 宇宙中最快的速度——光速 , 都显得有点不够看 , 而物理定律告诉我们 , 光速是宇宙中最快的速度 , 因为任何有质量的物体的运动速度 , 都只能无限接近光速 , 无法达到光速和超越光速 。
【光子是怎么达到光速的?】
为什么宇宙中的物体不会达到光速呢?那么光子本身可以达到光速 , 是不是代表光子本身是没有质量的?如果光子有质量 , 它又是怎么达到光速的呢?今天我们就来一一解决这些问题 。
首先 , 真空中的光速确实是宇宙中最快的速度 , 同时也是人类发现的自然界物体运动最大速度 , 这是因为爱因斯坦在相对论中提出 , 质量和能量是等价的 , 那么在一个物体不断运动的过程中 , 随着物体速度的增加 , 这个物体的质量也会不断增加 。
在正常情况下 , 物体因为速度提高产生的质量变化并不明显 , 只有速度达到一定量级 , 接近于光速的时候 , 比如说十分之一光速 , 三分之一光速 , 质量的变化才会明显起来 。
物体的速度越是接近光速 , 质量增加也就越明显 , 这就导致了一个存在质量的物体在接近光速的过程中 , 质量会不断的提高 , 直到等于“无限大” , 所以物体运动的速度只能接近光速 , 不能实现光速 , 因为物体运动实现光速的时候 , 这个物体的质量就等于无限 , 有限的能源不可能驱动一个无限质量的物体 。
不过 , 相对论告诉了我们无法实现光速 , 却没有限制速度超过光速 , 而是限制了信息传递的速度不能超越光速 , 所以就算是我们发现了一些看似“超光速”的现象 , 这些现象从本质上来说 , 其实并没有让信息传递的速度超越光速 。
在知道了速度为什么不能超越光速后 , 我们再来讨论光子这个神奇的量子 , 光子是传递电磁相互作用的基本粒子 , 在量子力学中认为 , 所有的相互作用力都是由量子来传递的 , 而光子就是传递电磁力的粒子 。
目前量子力学已经解决了除了引力之外的其他所有基本力 , 甚至连“质量”都可以从基本粒子的角度去解释 , 而光子本身也是一种传递基本力的基本粒子 , 光子只要诞生 , 就会以光速运动 , 在运动时光子就具备能量、动量、质量 。
也就是说光子在静止的时候不存在质量 , 但是在运动起来后 , 就拥有了一定的质量 , 这一点我们也可以从相对论的角度来判断 , 相对论认为 , 引力是物体质量产生的时空弯曲 , 那么可以被引力影响的 , 都是具备质量的 , 而光可以被强引力场影响 , 就是光子拥有质量的证据 。
既然光子有质量 , 它是怎么达到光速的呢?前文我们已经提到了 , 光子没有静止质量 , 不过光子本身也不会静止 , 那么质量本身是怎么产生的呢?
量子力学认为 , 宇宙中存在一种基本粒子“希格斯玻色子” , 希格斯玻色子组成了希格斯场 , 而希格斯场遍布整个宇宙 , 其他的基本粒子和希格斯场耦合后就会产生质量 , 因此基本粒子的质量可以被视为是希格斯场赋予的 。
所以光子和希格斯玻色子之间存在相互作用和其他的粒子之间存在一定的差别 , 因此光子不存在静止质量 , 而不存在静止质量的物体 , 从诞生之后就可以光速运动 , 所以光子达到光速 , 并不需要加速过程 , 而是在诞生之后就可以光速运动 , 而光本身其实就是电磁相互作用力的一种体现形式 , 作为宇宙中最基本的一种力 , 光速是宇宙的极限也不难理解 。
推荐阅读
- 神舟十三号即将返航!太空出差近半年,航天员为何胖了一圈?
- 相对论和量子力学到底存在着什么矛盾?更高级的理论何时出现?
- 诺奖得主:意识是量子态的,量子力学的物理特性表明意识是不灭的
- 比光速还快的“速度”?什么情况下会出现“超光速”呢?
- 什么是玻姆力学
- 论时间的本质:时间真的存在吗?是否只是人类的一种错觉?
- 光子为什么能达到光速,而且必须达到光速?为何其他粒子就不行?
- 宇宙膨胀的原因找到了呢?
- 嫦娥五号带回月球土壤,价值高达30亿美元一吨,是最理想的能源?