光的本質是什麼,宇宙膨脹在光速極限的限制之內嗎?

光的本質是什麼,宇宙膨脹在光速極限的限制之內嗎?

光有狹義的光和廣義的光。狹義的光就是我們人類眼睛能夠看到的光,叫可見光。廣義的光包括無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等。這裏面除了可見光,其他的光我們都無法看到,但通過人造的各種儀器設備能夠得到這些光效應影像。
光的本質是什麼,宇宙膨脹在光速極限的限制之內嗎?

這些光有一個總名稱,叫電磁波。電磁波的傳播媒介為光子,因此都屬於光的範疇。電磁波譜有波長和頻率,上述的每一種“光”都有自己的波段和頻段,從無線電波開始到γ射線,波長是從長到短,頻率從低到高。無線電波波長可達數千米以上,頻率可低至10^6Hz以下;而γ射線波長短至10^-12米以下,頻率可高達10^20Hz以上。我們肉眼能夠看到的可見光部分,波長在0.38~0.76μm之間,頻率在4.2×10^14~7.8×10^14Hz之間。因此,可見光本質是一種處於特定頻段的光子流。
光的本質是什麼,宇宙膨脹在光速極限的限制之內嗎?

光源發出的光,是因為光源中的電子獲得額外能量,並釋放能量的結果。電子獲得的能量如果足夠它躍遷到更外層軌道,剛好填補了所在軌道的空位,就會從激發態到達穩定態。這個時候電子不會釋放能量,因此也就不會產生光;但能量不足以使其躍遷到更外層軌道,到達合適的位置時,電子就會加速運動,並釋放能量;當電子再次躍遷回之前的軌道時,也會釋放能量。不管是電磁波譜哪個頻段,還是可見光頻段,釋放出的能量都是以光子為傳播媒介,光子的特性就是一出生以光速直線運動。光速在真空中直線運動速度為299792458米/秒(m/s)。

因此,光的本質是“光子”。1905年,愛因斯坦發表的《關於光的產生和轉化的一個試探性觀點》論文,正確的解釋了光電效應,他將光束描述為一羣離散的量子,而不是連續性波動。這個嶄新看法讓人們對光子的量子特性有了更深刻的理解,給馬克斯·普朗克量子力學研究提供了支持,對量子波粒二象性提出產生了重大影響。由此,愛因斯坦獲得了1921年諾貝爾物理學獎。1923年,法國物理學家德布羅意提出,所有物質都具有波粒二象性,光子當然也不例外。
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光子沒有靜質量,只有動質量。根據愛伊斯坦光子理論,光子能量為:E=hγ=hc/λ根據德布羅意理論,光子動量為:P=h/λ=hγ/c 式中,h為普朗克常量(h=6.62607015×10^-34J·s),c為真空光速,λ為光的波長,γ為光的頻率。
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光速極限、光速恆定是狹義相對論的立論基礎。這是愛因斯坦給這個世界設定的一條紅線。現代任何理論都是建立在這個紅線基礎之上的,如果這個紅線被打破,整個現代物理學大廈就要傾倒,科學理論就要在廢墟上重建。幸運的是這個紅線經歷了100年檢驗,經過科學家們的無數觀測、發現、實驗驗證,都證明是無比正確的,沒有一例反證能夠打破這個紅線。光速極限就是説,在我們世界,沒有任何有靜質量物體能夠達到真空光速的速度,更不可能超過這個速度;光速恆定就是説,在任何慣性參考系,光速都是恆定的,光速也不可以疊加。光速極限表達式為:M=m/√[1-(v/c)²]其中M為物質的運動質量,m為物質的靜質量,v為運動速度,c為光速。光速恆定表達式為:v=(v1v2)/(1v1xv2/c²)其中v為物體疊加速度,v1、v2為兩個運動源速度,C為光速。
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宇宙膨脹超光速不屬於有質量物體運動速度。宇宙膨脹是現代大爆炸宇宙標準模型的立論之基。天文學家、物理學家埃德温·哈勃在上世紀早期發現了星系紅移現象,經過長期研究提出了哈勃定律。這個定律認為,宇宙一直在膨脹,星系離開我們的速度越遠越快,各向同性,與距離有一個線性關係。哈勃定律表達式為:V= HD其中,V為天體離開我們的速度,H為哈勃常數,D為天體與我們的距離。這些年測得的多次哈勃常數,平均約為75(km/s)/Mpc,可觀測宇宙半徑約465億光年,將這些數據代入,可計算出在可觀測宇宙最遠處,宇宙膨脹的速率達到光速的3倍多。
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但宇宙膨脹是時空本身的膨脹,並不是某個具體有靜質量的物質運動達到光速。而且宇宙膨脹是一種疊加效應,就像吹氣球,氣球表面的點點花紋隨着氣球膨脹而相互分開,近距離的點點分開得很慢,而以一點為座標,觀測最遠處那個點點,分開速度的離開基點的速度才會很快。距我們465億光年的天體離開我們的速度達到光速3倍多,而距離我們326萬光年的地方只有75km/s,距離我們1光年處呢?理論計算只有2.3cm/秒,甚至可以忽略不計。因此宇宙膨脹速度不違背光速藩籬。感謝閲讀,歡迎討論。時空通訊原創版權,侵權抄襲是不道德的行為,敬請理解合作。

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