光子靠什么动力,可以迅速达到光速?

地球上的生命从诞生开始发展至今,光都是不可或缺的存在,光就是能量,而光子就是一份份的能量。植物通过光合作用,可以把太阳能进行转化并且在有机物中储存起来。这些能量再通过食物链进行向上传递,供养整个地球生命。

自然光是太阳释放出来的,作为一颗恒星其内部不断地进行核聚变反应,损失的质量会按照爱因斯坦的质能方程转化为能量。例如科学家就曾做过模型对太阳内部的核聚变反应速率进行估算,每秒钟大约有6亿吨氢核发生聚变反应,最后可以生成5.95亿吨的氦,那么这个过程中有500万吨的质量损失了,它们变成了能量,以光和热的形式惠及了整个太阳系。

光子没有寿命,也可以说它是永恒存在的,只能被吸收和释放,否则它们就会一直在深空中飞行直到永恒。从爱因斯坦狭义相对论的时间膨胀效应可以解释,光子没有静止质量,速度为光速,这意味着时间是静止的没有流逝,那也就意味着永恒的寿命。

光一直伴随着人类文明的发展演化,但人类对它的认识历史却很短暂,伽利略是第一个开始系统性测量光速的人,但是光速太大,普通的手段根本难以测量。经过一代代物理学家的努力,光速的值越来越准确,下图是法国物理学家斐索的齿轮法测光速,他算是第一位准确测量光速的科学家。

对于大部分人来说,我们只认识光,并不知道“光子”为何物,光是电磁波,我们肉眼可见的光只在波谱中占据非常短的一段。那么电磁波是如何产生的哪?

简单来说就是:震荡的电场产生震荡的磁场,震荡的磁场产生震荡的电场,周而复始电磁波向外传播,并且速度不变。

爱因斯坦提出光速不变理论,可以用一个例子来说明,一组学生10人从1-10开始报数,类比电场和磁场的相互激荡传播过程。10名学生开始报数,第二名同学听到1之后迅速报2,第三名同学听到2之后迅速报3。这个反应连接的速度可以比作光速,那么这10名同学所处的环境无论是静止于地面还是坐在车上都不影响报数的速度,这就是光速不变。

也就是说光一产生就是报数的开始,速度自然为光速,根本不需要加速的过程,因为光没有静止质量,不能用牛顿第二定律来描述。

而随着不断地发展科学家对于光的本质有了分歧,它既有粒子的性质也有光的形状,前前后后争论了近百年,最后结论出来了光具有波粒二象性,既是电磁波同时又可以称之为光子,它的能量都是量子形式的,呈现一份份的状态。

到这里光加入了基本粒子的行列,属于规范玻色子,一产生它的速度就为30万公里每秒,没有加速过程。光子的速度实际上更像是它的自由属性,就像是一个物体拥有质量和长宽高一样。

因此说光子真空中速度30万公里每秒,不需要动力去加速,同时也不需要动力去维持,因为没有静止质量30万公里每秒的速度就是它们的固有属性。

文/科学黑洞,图片来源网络侵删。