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真空中光速30万公里每秒,是瞬间达到?还是有加速过程?

人类生活在光芒之下,无论是太阳光还是人造光,只要我们肉眼看见了物体,那就意味着有光线进入到我们的眼睛。一直以来我们都认为光的传播是不需要时间的,它们可以瞬间从一个地点到达另外的地点,这也跟我们的常识比较相符,例如在黑暗的房间里开灯,屋里瞬间被点亮,而不会发生先点亮棚顶的位置,之后再看见头部,最后再看见脚。同样当太阳升起,整个世界同时被点亮。

但是现在我们很清楚光是有速度的,真空中光速准确数字是299792458m/s,但是为了计算方便都把真空中光速取值为30万公里每秒。这个速度有多快在我们的日常生活中可能感受不到,月地的平均距离是38万公里,那么光速从地球飞到月球也就1秒多钟,而日地平均距离1.5亿公里,光速飞行只需要8分钟20秒左右。

人类对光速的测量

随着发展人们意识到光是有速度的,但是因为速度太快,很难下地球上用常规的办法测量出它的速度。率先向光速测量发起冲击的是伽利略,1638年伽利略安排自己的两位助手,站在两座山顶,只要测量出两座山的距离和光的传播时间就能计算出光的速度。

但这个测量办法注定是失败的,光的速度太快,而两座山的距离又是有限的,人眼的响应时间和光传播的时间根本没有可比性。伽利略的这个测量实验虽然没有成功,但是却正式的吹响了光速测量的号角。

此后天文学家和物理学家齐上阵各自开始了光速测量,天文学家主要通过天文观测的方式来进行,物理学家主要是在实验室搭建试验台来测量光速。直到1849年法国的物理学家菲索想出了奇妙的办法进行光速测量,并且准确的测量光速值为31.5万公里每秒,这个数字已经和真实光速值非常接近。

在这个实验里只要不断的增加光源和镜子之间的距离、齿轮转速以及轮齿数,就可以准确地测量出光的速度了。

这个时候恰巧赫兹正在实验室里等待电磁波的出现,因为电磁波也是波,它的速度可以用波长乘上频率获得,最终赫兹发现了电磁波并计算出它的速度是31.5万公里每秒,当时这个数字正好和菲索测量的光速吻合,大家发现了一个可怕的事实,光就是电磁波,最后通过波长乘上频率得到了光速的准确数值,而光速测量大赛也正是落下帷幕。

光的传播并不需要动力,也没有加速过程

很多变化过程都能产生光,典型的如核聚变、核裂变过程,只要有能量的产生就会出现光。太阳的发光发热,主要就跟它内核处的氢核的聚变反应有关,在这些过程中发生电子跃迁,就会有光子的产生。光既是波又是粒子,这就是光的波粒二象性。

光是能量,它可以继续的划分为一份份的基本能量,也就是光子,光子是没有静止质量的基本粒子,根据爱因斯坦的狭义相对论这也就决定了,没有静止质量的光子它只能是光速,只要一经产生它的速度就为光速,根本不需要任何的动力来驱动,如果它不被其它物种所吸收,它将在宇宙中一直飞行下去。从光子自身的角度而言,它的时间已经静止,根本没有时间的流逝,这也意味着它们可以在宇宙空间中永恒的存在,只要不被吸收。

138亿年前宇宙大爆炸后发出的第一缕光,目前科学家仍能在背景空间中发现它的存在,那就是宇宙背景微波辐射,宇宙大爆炸后留下了那一抹余晖。

从光的波动性来解释,光是电磁波,从麦克斯韦最优美的公式出发,随着时间震荡的电场可以产生磁场,震荡的磁场可以产生电场。就这样连续不断的电磁场就出现了,它向远处传播,也就是我们熟知的电磁波。因此说只要电磁场建立起来,它们就会以光速传播,也就是电磁波,根本不需要加速的时间。

说在最后

光可以说是物理学界中最重要的一种现象或者说是物质,它们一经产生就会以光速向外传递,根本不需要动力驱动,同时也没有加速过程。

文/科学黑洞,图片来源网络侵删。