- 主题:光子是用什么“动力”瞬间达到光速的?
日常生活中,如果我们要让一个物体的运动速度变快,我们就需要给它加速,在这个过
程中会做功。比如:开车时,要让车子加速,就得踩油门,发动机拼命工作让车速提升
,做功的就是发动机。
但是,我们知道,宇宙中信息、物质、能量的最快传播速度是光速,这是光传播的速度
(真空中约为3*10^8m/s)。但是并没有什么给光加速,为什么光的速度就可以这么快呢
?
质量之谜
要了解这个问题,我们就得先搞清楚:光和常规的物质之间有什么区别?
它们最大的区别就在于:静止质量。光子的静止质量为0,而物质的静止质量并不为0。
爱因斯坦通过理论推导就得出一个结论:静止质量不为0的物质,速度是无法达到光速的
。无论我们如何给整个物质加速,它的速度只能接近光速,但永远无法达到光速。
那为什么静止质量不为0的物体无法达到光速呢?
要了解这个问题,我们就得搞清楚:质量到底是什么?
在牛顿的理论体系中,质量的定义是:量度物体平动惯性大小的物理量。举个例子,汽
车突然刹车,会向前滑行,在相同的条件下,汽车的质量越大,向前滑行的距离越远,
这其实就是因为惯性更大。但是这个定义是一种宏观的体现,并没有说出质量的本质。
我们都知道,万物都是由原子构成的,而原子又是由电子和原子核构成的,原子核又是
由质子和中子构成的,质子和中子又是由夸克构成的。那是不是意味着,物体的质量就
等于电子+夸克的质量?
答案是否定的,因为“电子+夸克”的质量仅仅占据了整个物质总质量的1%,那剩余的9
9%哪去了呢?
爱因斯坦在1905年的下半年发表了一篇论文,这篇论文名为:质能等价,是狭义相对论
的补充。在这篇论文当中,爱因斯坦统一了质量和能量,他认为质量和能量实际上是一
码事,是一个东西的两个面,也就是一体两面。一个东西对应多少能量,就同时具有一
定的质量,这个能量和能量的等价关系是E=mc^2。
通过质能等价理论,我们可以发现,上文说中说到的物体质量问题,并不能直接抛开粒
子之间的相互作用力,因为相互作用力也提供能量,这部分能量是有质量的。不过,这
其中的电磁力和弱力相对于强力而言都太小了,也就是说,剩余的99%的质量,实际上都
是把夸克束缚在质子和中子的强力提供的。其他的作用力所提供的能量对应的质量几乎
可以忽略不计。
1%的质量之谜与希格斯机制
因此,一个物体的质量=“电子+夸克”的质量(占1%)+强相互作用提供的能量所对应的
质量(占99%)。那么问题就来了,电子和夸克的质量是从哪里来?
整个问题一开始真的难倒了很多著名的物理学家。后来,有科学家就提出,在我们所处
的宇宙当中,存在着一种希格斯场,它遍布整个宇宙各处。一般来说,粒子的传播速度
都是光速,有些粒子穿过时,希格斯场会对其进行减速,使得这些粒子被赋予质量,而
另外一些粒子穿过时,希格斯场是不与其发生作用,不会起到减速作用,因此,还是具
有光速。
而在众多粒子当中,光子的传播速度之所以是光速,就是因为希格斯场并不与光子发生
作用,不会对其减速,因此,光子的静止质量为0。而除了传递强相互作用的胶子之外,
剩余的粒子都会被希格斯场所减速,因此,静止质量也不为0了,但也因此无法再获得光
速的传播速度,而只能永远低于光速。那这个理论靠谱吗?
如果要证明这个理论,那就得找到希格斯场存在的证据。欧洲原子能委员会的LHC大型强
子对撞就在2012年对外公布了,他们通过对撞机找到了希格斯场存在的证据。
这个结果很快被学术圈所认同,提出理论的科学家还因此获得了2013年的诺贝尔物理学
奖。
总结
由于希格斯场的存在,各种粒子都会因此被减速,从而获得质量,这个代价就是粒子构
成的物质永远无法达到光速。而光子由于在希格斯场中不会发生作用,也就不会被减速
,因此,光子的传播速度就可以一直保持着光速。
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FROM 113.116.180.*
【 在 wdek 的大作中提到: 】
: 文章内容没有回答你的标题啊
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可能楼主的意思是,光子质量是0,只需要方向,无需动力就可以达到光速
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FROM 58.213.165.*
应该说由于万物相互关联,主观感知的宏观世界物体的相对速度降低了,微观世界都是光速在运动。
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FROM 111.205.145.*
有速度为零的光子嘛?
【 在 PlayerUnkwn 的大作中提到: 】
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: 日常生活中,如果我们要让一个物体的运动速度变快,我们就需要给它加速,在这个过
: 程中会做功。比如:开车时,要让车子加速,就得踩油门,发动机拼命工作让车速提升
: ,做功的就是发动机。
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: 但是,我们知道,宇宙中信息、物质、能量的最快传播速度是光速,这是光传播的速度
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发自「今日水木 on iPhone SE 2」
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FROM 114.241.241.*
不明白。按照宏观常识,这个西格子减速场,减速的过程应该与距离有关,也就是,短距离下,可能速度更快。
这个现象似乎没有。地球在太阳系中运行n亿年了,组成地球的物质也没有被这个西格子场减速多少。
【 在 PlayerUnkwn 的大作中提到: 】
: 日常生活中,如果我们要让一个物体的运动速度变快,我们就需要给它加速,在这个过
: 程中会做功。比如:开车时,要让车子加速,就得踩油门,发动机拼命工作让车速提升
: ,做功的就是发动机。
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FROM 222.90.233.*
太阳通过类似原核反应产生光和能量,那么在传递中也要有能量的损失和转换
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FROM 180.106.94.*
总结一下是否如此:
如果一切有个最初,那么最初的一切质量为0,速度为c。
而后除了光子,其他都被希格斯场降速,所以只有光子没有质量但有光速,其他都有质量,但都永远失去了c
感觉还差点,就是有质量的物质再次失去质量产生光子,这个是有的。光子是否能变成有质量的物质呢?就是光子照射在黑布上,转为热能,光子没有了,产生热能是什么?或者更直白一点,宇宙中只有一块黑布,全是光子,黑布最终将被光子打击的只能纯镜面或者纯透明了吧,这时候这块黑布是什么呢?
【 在 PlayerUnkwn 的大作中提到: 】
: 日常生活中,如果我们要让一个物体的运动速度变快,我们就需要给它加速,在这个过
: 程中会做功。比如:开车时,要让车子加速,就得踩油门,发动机拼命工作让车速提升
: ,做功的就是发动机。
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FROM 36.112.42.*
別胡編亂造。現在宇宙學已經很有把握地確定,在大爆炸最初幾分鐘,一切物質都是
光子。後面光子分解成正反粒子對,並因宇宙膨脹而降溫,光子強子退耦,這才有了
最早的有靜質量的粒子。
你後面那一堆還是歇了吧。
【 在 blunyzhu (blunyzhu) 的大作中提到: 】
: 总结一下是否如此:
: 如果一切有个最初,那么最初的一切质量为0,速度为c。
: 而后除了光子,其他都被希格斯场降速,所以只有光子没有质量但有光速,其他都有质量,但都永远失去了c
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FROM 73.229.62.*
我不懂,我只是看楼主的文章,以为光子不能降速的呢
【 在 Krank 的大作中提到: 】
: 別胡編亂造。現在宇宙學已經很有把握地確定,在大爆炸最初幾分鐘,一切物質都是
: 光子。後面光子分解成正反粒子對,並因宇宙膨脹而降溫,光子強子退耦,這才有了
: 最早的有靜質量的粒子。
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FROM 123.118.75.*
光子的确不能降速,要么湮灭,要么存在
【 在 blunyzhu 的大作中提到: 】
: 我不懂,我只是看楼主的文章,以为光子不能降速的呢
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: 【 在 Krank 的大作中提到: 】
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--来自微水木3.5.5
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FROM 112.96.71.*