寶寶問我:光速每秒30萬km,那動力是啥?瞠目結舌之下我瞬間崩潰

  寶寶問我:光速每秒30萬km,那動力是啥?瞠目結舌之下我瞬間崩潰。於是私底下趕緊搜索一番,補了補課,整理如下,每一位寶爸寶媽都看看吧,以免遇到“十萬個為什麼”的孩子後,跟我一樣的尷尬呀!

寶寶問我:光速每秒30萬km,那動力是啥?瞠目結舌之下我瞬間崩潰
  1、為何光子的速度會是30萬千米每秒,而且在真空中用不會變,我估摸着這個愛因斯坦也不知道。

  這也是為何愛因斯坦僅僅把光速不變原理作為相對論假設的原因。有人説麥克斯韋方程組可以解出來光速是一個常數,但我們要知道,麥克斯韋方程組當時僅僅是描述的電磁波,後來科學家發現電磁波的速度竟然和光速一樣,才逐漸意識到電磁波和光本質是一樣的。

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  2、光由光子組成,光子沒有靜質量,這才是光速30萬千米每秒的秘密。

  它是一種規範玻色子,只能用來傳遞相互作用,這裏科普一下什麼是玻色子,簡單來説,我們常見的物質是由費米子構成的,而傳遞引力、電磁力等基本作用力是以玻色子為媒介的,比如光子、膠子等。那為什麼光子沒有靜質量呢?且來看看狹義相對論中的質增公式,由於光子的運動速度為光速c,所以分母為0,當然學習數學我們知道,分母為0的話,公式失去了意義,為了保證有意義,那麼m0(靜質量)也為0,此時0/0有意義,因此光子的靜質量為0,也就沒有靜質量。

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  光速恰恰很特別,光速不變原理告訴我們,在任何參照系下測量到的速度都是光速本身,也就是説光速是絕對的,比如説,即使你以99%光速飛行,你身上發出的光的速度仍舊是光速,無論在哪個參照系下觀察都是如此。

  所以,光沒有靜質量,沒有靜質量的事物只能以光速飛行。從另外一層面分析,物體之所以有靜質量,因為會與希格斯場發生作用,而光並不會與希格斯場發生作用。

  由質增公式可以知道,隨着粒子運動速度越快,動質量會增加,以至於逼近光速時,質量趨近於無窮大,對於加速一個質量為無窮大的物體來説,所需要的能量也是無窮大的,這個説不通,因此推導出一切有靜質量的物體都不可以達到光速,那作為以光速運動的光子,也就不能具有靜質量。

  從波動性來説的話,光是電磁波,實質是變化的電磁場,電磁場會以光速建立起來,那麼電磁波的傳播速度應當就是光速。

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  3、光子為什麼一開始就那麼快?

  沒有靜止質量是光子的一大特徵,我們可以看看常見粒子的速度來和光子對比看看:

  低速的太陽高能粒子:200-800千米/秒

  亞光速的中微子流:低於光速0.0006%

  光速的粒子流:伽馬射線,光速

  第一種來自太陽的高能粒子,主要是氫核和氦核,它的質量是:1.674×10千克,氦核則是它的2-4倍。

  第二種是高亞光速的中微子,質量最大的τ中微子只有電子1/3.33萬,大多數計算的時我們可以將電子質量直接忽略,但中微子質量只有電子的數萬分之一!

  第三種則是光子,它直接就是光速,因為光子沒有靜止質量!

  結語:

  光子沒有靜止質量,因此穿越整個宇宙時除非撞上別的粒子,否則它的能量不會衰減,因為它不會在希格斯場中獲得靜質量,這是它保持光速而不衰減的秘密。除非它克服引力場跨越梯度空間,或者被宇宙膨脹拉長距離的空間穿行。

  好了,今天的這篇文章就到這裏了,為了整理這篇文章,小編我也是搞得頭昏腦脹的,差點崩潰……

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