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光子揭秘1:光速在真空中真得是一个常数吗? 在真空中光速约为30万公里/秒,早已是路人皆知的基本常识。但也总有一些好奇的人会问:真空中的光速真得是恒定不变的吗?现在,请跟随一元二态物理的视角,你将会看到一个完全不同的答案。 在光的折射实验中,进入介质前,光子是以光速直线运动的;进入介质时,光线发生偏折;进入介质后,光子以较低的速度直线运动。毫无疑问,由于进入介质前和进入介质后,光子都是以恒定速度直线运动,因此,光子从原来的光速降低到较低速度的过程,是在光子运动轨迹偏折过程中完成的。 同理,从介质射出的光子,在介质边界上的光线偏折过程中,是光子加速的过程。实际上,从《涡的世界18》可知,光子进出介质时的光线偏折过程,都是在介质表面临界场中完成的。 我们还知道,在折射率越大的介质中,光子的速度越低。因此,在折射实验中,光子运动轨迹曲率半径的大小与光子速度的变化存在严格正相关的关系。换言之,光子运动路径曲率半径减小的过程,是光子减速的过程;反之,光子运动路径曲率半径增大的过程,是光子加速的过程。有了这个认识,我们再来考察一下天体的引力透镜效应。 现代物理学认为,引力透镜效应是光线在大质量天体附近发生弯曲,使得观察者可以看见在空间上被大质量天体所遮挡的光源。如果在观测者到光源的视线上有一个大质量的前景天体,则在光源的两侧会形成两个像,就好像有一面凸透镜放在观测者和光源之间一样,这种现象称之为引力透镜效应。 在引力透镜效应中,光子运动轨迹曲率半径经历了变小和变大的两个过程。光子在靠近大质量天体的过程中,光子运动轨迹曲率半径逐渐变小,因此光子运动速度不断减小;光子在远离大质量天体的过程中,光子运动轨迹曲率半径逐渐变大,因此光子运动速度又不断增大。可见,光子从大质量天体附近经过的过程中,就像进入介质后又离开介质一样,光子经历了速度减小和增大的两个过程。 由此可见,真空中的光速并非是恒定不变的一个常数,而是一个可变量。人们之所以建立起了“光速常数”这么一个牢固观念,那是因为,在地表引力场这么一个极为有限的空间尺度中所观察的结果。 光速问题,可以说是物理学中的最大课题,它是现代物理学的根基,仅一个小视频是不可能把它说清楚的。接下来,我将在《光子揭秘》专集中,从不同的角度和层次,力图较为全面地解答这个光速课题。 #光速 #引力透镜 #折射 #物理 #科普
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光速是由真空介电常数和真空磁导率决定的。这两个量分别是由什么决定的呢?它们和真空量子涨落又有什么关系? 在量子场理论中,真空并不是真的空,而是一种状态。当一个量子系统能量达到最低的状态时,就会出现这种微弱的能量波动,这种波动看起来就像量子涨落一样。量子涨落会产生稍纵即逝的虚粒子。而这些虚粒子会产生一些可观测的影响,其中就包括电磁的影响,如产生的正负虚电子对,产生的瞬间会伴生电磁场。这些电磁场所产生影响可能就是真空介电常数和真空磁导率的本质。 虚粒子对真空确实有一定影响。在量子场论中,虚粒子被视为一种数学工具,用于描述粒子之间的相互作用和反应过程。虽然虚粒子不能被实验直接观测到,但它们可以在计算中产生有效的预测和解释现象。 虚粒子的存在使得真空不再是完全空无一物的状态。根据量子涨落理论,空间中会不断地生成转瞬即逝的虚粒子对,这些虚粒子的物理效应可以测量。虚粒子的产生和消失导致了真空中能量的微小变化,这也是卡西米尔效应等现象的解释之一。此外,虚粒子还参与了基本交互作用力的传递,如电磁力、强核力和弱核力等。 然而,需要注意的是,虚粒子并不是真实存在的实体,而是一种数学上的概念。它们只是为了简化复杂的物理问题而引入的近似值。因此,我们不能将虚粒子与实际存在的物质等同起来。 让我们来探讨一下真空介电常数和真空磁导率。它们分别是电学和磁学性质的金质指标。真空介电常数和真空磁导率的大小,直接决定了光在真空中的传播速度。它们的大小又是如何决定的呢? 爱因斯坦的狭义相对论告诉我们,光速在真空中的值是固定的,为299,792458米/秒。这个速度是物理学中一个不可挑战的底线,几乎成为了物理学中一个永恒的定律。而真空介电常数和真空磁导率正是直接影响光速的原因之一。 当光在真空中传播时,它会遇到各种杂乱的场,如分子、离子、电子等。这些场会散射光,使得光的速度会受到影响。而真空介电常数和真空磁导率正是对这些场进行描述的重要参数,它们能够计算出光在真空中传播时,受到各种场散射的概率。从而,就可以推算出光速会受到哪些影响。 总的来说,真空介电常数和真空磁导率是物理学中两个非常重要的常数,它们直接决定了光在真空中的传播速度。而这个速度又是多么的神奇,它的大小竟然是由真空量子涨落所决定的。#知识科普 #光速是由什么决定的 #科学中穿梭 #熊老师科普
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《未来畅想》83.超光速猜想 超光速,指速度超过真空中的光速(约每秒30万公里)。根据爱因斯坦相对论,光速是宇宙的终极限速,任何物质与信息都无法超越。但这并未阻止科学家与科幻作家的大胆猜想。 为什么难以超光速? 相对论指出,物体速度越快,其质量会趋于无穷大,所需能量也趋于无穷。这意味着,要把一个有质量的物体加速到光速,需要无限大的能量,这显然无法实现。 主要的科学猜想有哪些? 1. “抄近路”:曲速引擎 最著名的猜想。它不打算在“路面上”超车,而是通过压缩飞船前方的时空,同时膨胀后方的时空,让飞船置身于一个“时空泡”中。飞船本身相对静止,但整个时空泡超光速移动。这并未违背相对论,但需要一种具有“负能量”的神秘物质,这尚属科幻范畴。 2. “虫洞”:宇宙隧道 想象一张纸,两端距离很远。虫洞就像一条连接两点的隧道,穿过它就能瞬间抵达,相当于超光速旅行。虫洞是爱因斯坦方程的解,但同样需要奇异物质来维持隧道稳定,防止其坍塌。 3. 量子纠缠:“幽灵般的超距作用” 两个纠缠粒子无论相隔多远,都能瞬间影响彼此状态。这看似超光速,但遗憾的是,它无法用来传递信息,因此不违背光速限制。 总结: 在现有物理学框架下,传统方式的超光速旅行被严格禁止。但这些奇思妙想,尤其是曲速驱动和虫洞,为我们指明了未来可能的方向——或许我们无法跑得比光快,但可以通过“弯曲”时空的规则,实现星辰大海的梦想。目前,它们仍是激动人心的科学猜想。 #喜力星电音 #来到我的健康主场 #和对的搭子好好吃饭 #更适合的育儿搭子 #
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