66661周前
像声音在空气中传播的速度 光在真空中传播的速度 所以声速会变化 但真空的属性似乎是宇宙的基本常数 它是由真空的物理属性 但这又带来一个更深层的问题 为什么电容率和磁导率 目前物理学还没有完整的答案 也许在比我们已知的物理学 也许他们是从某种更基本的原理中 也许存在无数个平行宇宙 物理学数的组合不允许原子存在 我们之所以在这个宇宙中 这个宇宙的常数恰好允许我们存在 我们没有看到那些错误的宇宙 根本就没有人能去看 是目前物理学前沿的一种主流猜测 不管真相是什么 整个宇宙就会完全不同 光速变快一倍或者变慢一倍 但实际上 改变恒星的燃烧方式 一切生命都可能不复存在 宇宙的参数像是被精确调校过一样 还是背后有什么更深的道理 也许是物理学的终极谜题之一 我们来聊点刺激的 超光速旅行 那有没有可能绕过这个限制 还真的认真研究过这个问题 他们想出了好几种理论上可行的方案 筷子是一种假想的粒子 就像普通粒子永远比光慢一样 永远降不到光速以下 筷子是可以存在的 如果筷子存在 会陷入混乱 筷子大概不存在 第二种叫曲速引擎 真的写了一篇论文 你不需要让飞船跑的比光快 你自己没有动 曲速引擎就是这个原理 后面的空间膨胀 被空间带过去 飞船相对于周围的空间 飞船确实在以超光速移动 因为相对论说的是 可以在局部空间里超过光速 飞船在局部空间里并没有超速 听起来很美好 要制造这样的空间扭曲 或者奇异物质的东西 它们让空间弯曲成特定的形状 它会让空间以另一种方式弯曲 我们从来没有见过大量的负能量 量子力学确实预言在某些特殊条件下 但那点量连一只蚂蚁都推不动 更别说驱动一艘飞船了 还有一大堆其他问题 比如曲速泡的边缘会产生致命的辐射 进入和退出曲速泡的过程 曲速泡一旦形成 所以 大概还需要几百年 第三种叫虫洞 它就是一条时空中的捷径 想象一下 纸上原本相距很远的两个点 它连通的是三维空间中的两个点 在1935年就从广义相对论中 所以虫洞也叫爱因斯坦罗森桥 广义相对论的方程允许它存在 需要大量的负能量 虫洞会在任何东西穿过之前就闭合 还有另一个问题 虫洞的另一端在哪里 那进去就是找死 如果虫洞真的可以用来旅行 这就会导致刚才说过的因果悖论 宇宙可能有某种审查机制 霍金提出过一个持续保护猜想 任何可能导致时间旅行的情况发生 任何试图建造时间机器的尝试 这个猜想还没有被证明 似乎确实在极力避免时间悖论的出现
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#光速及波长 光在真空中的传播速度是宇宙中的极限速度,精确值为299792458米/秒,日常计算中通常取近似值3×10⁸米/秒。 光在不同介质中速度不同,会因介质折射率增大而减慢,例如在水中速度约为真空中的3/4,在玻璃中约为2/3。 光的波长是指光在一个振动周期内传播的距离,是描述光的空间周期性的核心物理量,单位通常为纳米(nm)。 不同波长的光对应人眼感知的不同颜色,可见光的波长范围为380nm-760nm,具体分布如下: - 红光:620nm-760nm - 橙光:590nm-620nm - 黄光:570nm-590nm - 绿光:495nm-570nm - 蓝光:450nm-495nm - 靛光:435nm-450nm - 紫光:380nm-435nm 波长小于380nm的是紫外线,大于760nm的是红外线,二者均不可见。 1. 波长与波速、频率关系:λ = c / f - λ:波长(单位:m) - c:光在真空中的速度(固定值,c = 3×10⁸ m/s) - f:光的频率(单位:Hz,赫兹) 例:红光频率约4.3×10¹⁴ Hz,代入得波长λ≈698nm,符合红光波长范围。 2. 光在介质中的波长修正:λ' = λ₀ / n - λ':光在介质中的波长 - λ₀:光在真空中的波长 - n:介质折射率(如空气n≈1.0003,水n≈1.33,玻璃n≈1.5) 关键结论:光从真空进入介质,频率不变,波长缩短。 光年(light-year, ly)是一个长度单位,而非时间单位,指光在真空中沿直线传播一年所经过的距离,是天文学中衡量天体间距离的核心单位。 其核心计算与应用如下: 1. 换算公式:1光年 = 真空光速(c)× 1年时间。代入具体数值可得,1光年≈9.46×10¹⁵米(或约9.46万亿公里)。 2. 典型应用:用于描述太阳系外天体的距离,例如离地球最近的恒星“比邻星”,距离约为4.22光年;银河系的直径约为10万-18万光年。
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66663月前
正是这种不确定,促使天文学家与物理学家不断发问,持续探索。当我们把望远镜对准太空时,我们不只是看见遥远的地方,也是在回望过去。光以每秒将近30万公里的速度传播。当我们看到一个10亿光年之外的星际时,我们看到的是他在10亿年前发出的光,看到的是当年的他,不是今天的他。 某种意义上,向外眺望,就像再读一本用光写成的历史书。因此我们能看见的宇宙有一个极限,这个距离构成了科学家所说的粒子视界。它像包围我们的一个巨大无形外壳,标记着可观测宇宙的最外边界。但这个壳并不是138亿光年远,它要远得多。 因为空间一直在膨胀,意味着当遥远天体的光朝我们而来时,我们与他们之间的空间也在增长。所以当那束光抵达我们时,发光的星系早已比他发光时远得多。由于这种空间的拉伸,粒子视界在每个方向上约为460亿光年,这让我们得到一个直径大约930亿光年的可见球体。 这个球体之内是我们的可观测宇宙,球体之外或许仍属于真实宇宙,但我们看不见,也许永远都看不见。粒子视界不是存在的极限,它只是可见的极限。在这道边界之内,我们可以研究星系、恒星与气体云,我们可以绘制空间结构,看到物质如何分布。 我们可以回望宇宙早期,甚至瞥见最古老的那束光——宇宙微波背景辐射。这道微弱的辉光来自大爆炸后大约38万年,当时宇宙冷却到足以形成原子,光子得以首次自由传播。那道光自此一路传播,直到今天仍能用专门仪器探测到它。 但在粒子视界之外一切都变得不可见,那里可能有类似的星系、恒星与行星,也可能有完全不同的结构,甚至生命。可只要它们在视界之外就无从得知。更进一步,这个视界还在变化。随着时间推移,来自更遥远区域的光会陆续抵达,可观测宇宙随之增长。 今天看不见的某个星系也许未来会变得可见,但有一个转折,宇宙不仅在膨胀,而且在加速膨胀。这意味着遥远星系被拉开的速度越来越快。事实上其中许多星系如今正以超过光速的退行速度远离我们。注意这是空间膨胀所致,并不违背相对论。
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《光现象》 思维导图 我们生活的世界离不开光明 来自太阳的光是地球上所有生命的能量之源, 也是营造光明的使者。 太阳光以每秒约30万千米的速度传播, 可是我们却看不见光的“运。事实上, 没有任何东西比光传播得更快。 光可以动”被散射、折射和反射等 那么光是什么呢 光的本质是一种电磁辐射, 可被动物及人眼里的视觉细胞观测到。 英国著名科学家牛顿认为, 光是由若干很小的粒子构成的。 荷兰数学家惠更斯认为, 光像声波和光波一样,是波的运动。 现代量子论则认为,光在某些方面表现得像波, 而在另一些方面表现得像粒子 光的传播速度很快 光在空气中的传播速度和在真空中的-样大 大约是每秒30万千米;在其他透明物体 如玻璃、水晶和水里,速度则要慢许多 很多物体都会发光 除阳光外,光的形成方式主要有两种: 炽热发光和气体放电发光。 如灯泡靠灯丝发光发热, 炽热的固体(白炽体)在发热的时候产生光炷。 而放电气体产生光时却并不发热,如激光 我们最常见的是太阳光 我们平时常见的白色太阳光, 实际上是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光组成的。 阳光通过三棱镜后, 会产生红到紫排列的彩色光带, 就像雨后横跨天际的彩虹一样 光也存在散射 光在传播过程中,遇到两种均匀介质的分界面时, 会产生反射和折射现象。 但当光在不均匀媒质中传播时, 情况就不同了,一部分光线不能直线前进, 会向四面八方散射开来,形成光的散射现象。 地球周围由空气构成的大气层, 就是这样一种不均匀介质, 蓝天实际上是太阳光经大气层散射后显出的颜色。 光还存在反射 光从一种介质射入另一介质时, 在界面上会改变传播方向, 一部分回到原介质里继续传播, 这就是光反射现象。 由于物体表面光滑平整的程度不篢一样, 反射光束的情况也大不相同。 镜子几乎能反射所有照在其表面的光, 而很多物体具有凹凸不平的表面, 能将光反射到四面八方, 形成所谓的漫反射, 这样我们在光线没有直接照射到的地方也可以看见东西。 还有一种就是光的折射 当光线从一种介质射到另一种介质时, 在分界面上,光的传播方向发生偏折, 这种现象被称为折射。 这一现象的产生是由于 光在不同介质内的传播速度不同造成的。
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