宝宝问我:光速每秒30万km,那动力是啥?瞠目结舌之下我瞬间崩溃


本文摘自钝角查询,侵删。

宝宝问我:光速每秒30万km,那动力是啥?瞠目结舌之下我瞬间崩溃。于是私底下赶紧搜索一番,补了补课,整理如下,每一位宝爸宝妈都看看吧,以免遇到“十万个为什么”的孩子后,跟我一样的尴尬呀!

宝宝问我:光速每秒30万km,那动力是啥?瞠目结舌之下我瞬间崩溃

1、为何光子的速度会是30万千米每秒,而且在真空中永不会变,我估摸着这个爱因斯坦也不知道。

这也是为何爱因斯坦仅仅把光速不变原理作为相对论假设的原因。有人说麦克斯韦方程组可以解出来光速是一个常数,但我们要知道,麦克斯韦方程组当时仅仅是描述的电磁波,后来科学家发现电磁波的速度竟然和光速一样,才逐渐意识到电磁波和光本质是一样的。

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2、光由光子组成,光子没有静质量,这才是光速30万千米每秒的秘密。

它是一种规范玻色子,只能用来传递相互作用,这里科普一下什么是玻色子,简单来说,我们常见的物质是由费米子构成的,而传递引力、电磁力等基本作用力是以玻色子为媒介的,比如光子、胶子等。那为什么光子没有静质量呢?且来看看狭义相对论中的质增公式,由于光子的运动速度为光速c,所以分母为0,当然学习数学我们知道,分母为0的话,公式失去了意义,为了保证有意义,那么m0(静质量)也为0,此时0/0有意义,因此光子的静质量为0,也就没有静质量。

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光速恰恰很特别,光速不变原理告诉我们,在任何参照系下测量到的速度都是光速本身,也就是说光速是绝对的,比如说,即使你以99%光速飞行,你身上发出的光的速度仍旧是光速,无论在哪个参照系下观察都是如此。

所以,光没有静质量,没有静质量的事物只能以光速飞行。从另外一层面分析,物体之所以有静质量,因为会与希格斯场发生作用,而光并不会与希格斯场发生作用。

由质增公式可以知道,随着粒子运动速度越快,动质量会增加,以至于逼近光速时,质量趋近于无穷大,对于加速一个质量为无穷大的物体来说,所需要的能量也是无穷大的,这个说不通,因此推导出一切有静质量的物体都不可以达到光速,那作为以光速运动的光子,也就不能具有静质量。

从波动性来说的话,光是电磁波,实质是变化的电磁场,电磁场会以光速建立起来,那么电磁波的传播速度应当就是光速。

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3、光子为什么一开始就那么快?

没有静止质量是光子的一大特征,我们可以看看常见粒子的速度来和光子对比看看:

低速的太阳高能粒子:200-800千米/秒

亚光速的中微子流:低于光速0.0006%

光速的粒子流:伽马射线,光速

第一种来自太阳的高能粒子,主要是氢核和氦核,它的质量是:1.674×10千克,氦核则是它的2-4倍。

第二种是高亚光速的中微子,质量最大的τ中微子只有电子1/3.33万,大多数计算的时我们可以将电子质量直接忽略,但中微子质量只有电子的数万分之一!

第三种则是光子,它直接就是光速,因为光子没有静止质量!

结语:

光子没有静止质量,因此穿越整个宇宙时除非撞上别的粒子,否则它的能量不会衰减,因为它不会在希格斯场中获得静质量,这是它保持光速而不衰减的秘密。除非它克服引力场跨越梯度空间,或者被宇宙膨胀拉长距离的空间穿行。

好了,今天的这篇文章就到这里了,为了整理这篇文章,小编我也是搞得头昏脑胀的,差点崩溃……

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