光无处不在,它们承载着物体的信息在空间中传达。当咱们接收到光,就能知道光带着的信息,然后看到宣布或许反射出这些光的物体。咱们不仅仅研讨光的来历,也会研讨光自身,人类关于光的研讨由来已久。
光速的研讨
很早之前,人类就企图去丈量光的速度。但因为光速太快了,快到人们认为是无限的。跟着观测和试验的行进,天文学家罗默最早测出了光速,初次确认光速是有限的。尔后,试验精度渐渐的变高,光速也测得越来越准,其巨细约为30万公里/秒。
在爱因斯坦创建相对论之后,人们才进一步知道,光速真的非常快,因为这个速度是世界中的局域速度上限,没有一点速度能够超越它。并且光速还非常特别,光只能以光速传达。更为特别的是,无论是哪个参照系中的观测者,所测得的光速都是彻底持平的。
依据相对论的光速不变原理以及人类对光速的高精度丈量,物理学家决定在没有对现在物理量巨细发作可测影响的情况下,把光速的巨细界说为299792458米/秒。这样,人类再也不用为准确丈量光速而苦恼,并且还能处理用于界说米的米原器存在差错的问题。
无论是电子跃迁,仍是核聚变、核裂变反响,或许是正反物质湮灭,这些进程都会发作光。一旦光发作之后,它们的速度就会瞬间到达光速,并且始终会以这个速度传达。假如光没有被物质吸收,它们不会在世界中消散掉,并且速度始终坚持光速。例如,世界在138亿年前发作的第一批光子现在还在,它们还以光速在世界中穿行。
那么,光是怎样到达光速?光又是怎么坚持光速?唆使光行进的动力是什么?
光的粒子性
假如从光的粒子性视点来解说,光是由无停止质量的光子组成。依据狭义相对论,已然光子的静质量为零,它们的速度只能是光速。依据粒子物理规范模型的希格斯机制,没有静质量的光子在穿过遍及世界的希格斯场时,光子不会发作耦合效果,所以它们不会取得静质量,速度也不会从光速降下来。
光子一旦被制造出来,它们的速度就会直接到达光速,没有从零到光速的加快进程。光子的传达不需要能量来驱动,假如没有被物质或许黑洞吸收,它们始终会以光速在真空中无限传达下去。
光的波动性
另一方面,假如从光的波动性来解说,光的实质是电磁波。麦克斯韦电磁场方程组标明,电和磁在实质上是一致的,改变的电场会激宣布磁场,改变的磁场又会激宣布电场,如此重复,就发作了电磁波。
因为电磁场以光速建立起来,所以电磁波会以光速传达。电磁场的发作和存在没有借助于介质,所以光能够在真空中以光速传达。尽管跟着空间结构的继续胀大,在空间中传达的光会呈现红移,但它们不会彻底消失在世界中。