光到底是什麼?光速是宇宙最快速度么?光的本質是什麼?
光是能量的一種傳播方式。光源之所以發出光,是因為光源中原子、分子的運動,主要有三種方式:熱運動、躍遷輻射(包括自發輻射和受激輻射),以及物質內部帶電粒子加速運動時所產生的光輻射。前者為生活中最常見的,第二種多用於激光、第三種是同步輻射光與切倫科夫輻射的產生原理。
簡單地說,光是沿射線傳播的,光的傳播也不需要任何介質。但是,光在介質中傳播時,由於光受到介質的相互作用,其傳播路徑遇到光滑的物體會發生偏折,產生反射與折射的現象。另外,根據廣義相對論,光在大質量物體附近傳播時,由於受到該物體強引力場的影響,光的傳播路徑也會發生相應的偏折。
光線維繫著我們對宇宙的感知,通過光線,我們才能看到遙遠的星星以及探尋存在的起源。
但是「光」到底是什麼呢?
簡言之,組成光線的光子,就是能量傳輸的最小單位。光子是基本粒子,沒有嚴格的大小,也不能分裂,只能產生和消亡。光也有「波粒二象性」,也就是,在某種意義上,既是粒子又是波,雖然這並不是真的。
另外,當我們說「光」的時候,一般都是指「可見光」,其實可見光只佔有整個電磁頻譜的極小部分,只是電磁輻射的少數典型。不同的電磁輻射擁有,十分不同的波長和頻率。伽馬射線的波長最短,因為其光子的能量最高。但是,多數伽馬射線只有不到十皮米的波長,比氫原子小得多。為了參考方便,氫原子之於一分硬幣的大小,相當於硬幣之於月亮。
可見光位於頻譜的中間,波長介於400至700納米,大概是細菌那麼大。在頻譜的另一端,無線電波的波長可以高達100公里,而已知最大波長,可能超過十萬公里,比地球大得多!
從物理的角度看,這些不同的電磁波都是一樣的,它們都具有「波粒二象性」,也以光速「c」前進,僅僅是頻率不同。
那麼,可見光有什麼特別之處嗎?
呃沒有。
只是我們的眼睛正好能感知這些頻率的電磁波。不過,這也不完全是巧合,可見光是僅有的在水中容易傳播的電磁波,而最早的眼睛就是在幾百萬年前的水中進化出現的。
眼睛是一項偉大的發明,因為它接收的光線,不僅會與物質反應,還會為物質所改變,所以可以幫助我們毫無延遲地了解周圍的世界,這當然有利於動物的生存。
那麼,光是從哪裡來的呢?
當原子或分子由高能態轉變為低能態的時候,就會發出各種頻率的電磁波,電磁波就是失去的能量。從微觀角度看,當原子中的一個電子,從激發態跌至低能態並散發掉其多餘能量時,就會發出可見光。同樣,光線也能擊中電子,被電子吸收,令電子進入能量更高的狀態。
從宏觀角度看,變化的電子能量產生一個振蕩的磁場,磁場又產生一個垂直的振蕩電場。兩種場在空間中前進,傳輸能量,也傳送關於誕生地的信息。
為什麼光是宇宙萬物中速度最快的呢?從另一個角度問:宇宙中最快的速度有多快?
速度最快的就是光速「c」,在真空中為299,792,458米每秒,每小時十億公里。電磁輻射正好就是這麼快。其實,任何零質量的粒子都只會以光速前進,沒有加速過程。就是說,當光從蠟燭中出來的時候,不會從零加速到光速,產生的瞬間光就已經是光速前進。
那麼,為什麼光速「c」是有限的呢?
呃無人知曉。
我們的宇宙就是這樣的。我們也不知道如何回答。所以光是一種頻譜的一部份,是一種像波一樣的基本粒子,由兩種垂直的場推進,以宇宙最高速度前進。好了,就這樣了。
現在,為我們的眼睛歡呼吧!它們接收穿梭時空的信息,讓我們「看見」萬物,從而思考我們的存在。
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