光是如何达到光速的?

 我来答
京斯年0GZ
2022-08-02 · TA获得超过6209个赞
知道小有建树答主
回答量:306
采纳率:100%
帮助的人:74.4万
展开全部
“达到”这个词,让人感觉有一个加速的过程,从零逐渐增加,最后到光速。但是 光不会“达到”光速,因为光的速度永远不会低于光速 (这里说的是真空中,在介质里光速会降低,变成真空光速除以这种介质的折射率)。当然,也不会高于光速。

光的速度就是一个定值,——光速,大约每秒30万公里。这就是为什么“光速”是一个自然界的基本常数,而“你的速度”或者“一辆 汽车 的速度”不是自然界的基本常数,因为这些速度是可变的,而光速不变。

为什么你日常见到的物体速度会改变,会从零逐渐变化,而光却不会?因为这是狭义相对论决定的。

狭义相对论里,每一个物体都有一个“ 静质量 ”m0,就是它在静止时的质量,然后,当它运动起来时,质量会发生变化,——这是完全超越日常经验的,但却经过了无数实验证实!变成什么呢?

当速度为v时,“ 动质量 ” m = m0 / sqrt(1 - v^2/c^2) ,这里sqrt表示“开根号”,^2表示“平方”,c是光速。

当v很小时,v^2/c^2接近于0,1 - v^2/c^2接近于1,sqrt(1 - v^2/c^2)也接近于1,m接近于m0,也就是说,动质量跟静质量没有多少差别。多小算“很小”呢?你要考虑到光速是30万公里每秒,我们日常所见的速度跟它相比都差了好几个数量级。比如高铁列车,假设在以360公里每小时的运行(比最近要恢复的350还高一点),就是0.1公里每秒(一小时是3600秒),这个v只是c的300万分之一!在这个速度下,质量的变化只有几万亿分之一的量级,无法察觉。即使是以第一宇宙速度环绕地球的卫星,速度也不过是7.9公里每秒,虽然比高铁快多了,跟光速相比还是可以忽略不计。

但是当v接近光速时,动质量跟静质量的差别就显示出来了。例如v = c/2,这时你会算出m = 2/sqrt(3) m0 = 1.155 m0。如果v = 0.9 c,就有m = 2.294 m0。而如果v = 0.99 c呢?这时m = 7.089 m0。 随着速度接近光速,动质量迅速地增大。

如果速度达到光速了,会怎么样呢?这个公式告诉你,动质量会变成无穷大。

但这实际上是不可能发生的事情!因为质量越大,要再加速,需要外界给它的能量就越多。到接近光速的时候,你给它天文数字的能量,也只能让它的速度增加一点点,仍然达不到光速。而你能提供的能量总是有限的。

因此, 如果一个物体的静质量不为零,你就永远不可能把它加速到光速 。

但是,还有另一种情况。如果一个物体的静质量为零呢?这时你会发现,如果它的速度低于光速,动质量就必然是0,因为m0 / sqrt(1 - v^2/c^2)这个分式中,分子为零,分母不为零。但这又是不可能发生的事。因为按照相对论的质能关系,E = m c^2,能量等于动质量乘以光速的平方,如果动质量为零,这个物体的能量就是零了,它怎么可能既在运动又能量为零呢?

所以,唯一合理的情况,就是这个物体的静质量为零,但动质量不为零。这种情况怎么可能出现?只能要求m0 / sqrt(1 - v^2/c^2)这个分式的分子分母都等于0,也就是说,v只能等于c。

因此, 静质量为零的物体,只能以光速运动,速度不可能降到光速以下 。

光是什么样的物体?就是这种静质量为零、动质量不为零、只能以光速运动的物体。

光是如何达到光速的?

这个问题的答案其实很简单: 因为光子的静止质量为零,所以它必须以光速运动。

这个世界本质上其实只有两种速度:要么静止,要么光速。

为什么会这样?

我们可以谈一下3点:

1: 汽车 的速度是什么?

为了谈论光的速度,我们可以先谈谈 汽车 的速度。一辆 汽车 是有静止质量的,所以我们把 汽车 加速的时候,能产生加速度, 汽车 的速度会因为加速度的存在而增加。这背后的关键点在于, 汽车 本身具有静止质量。也正因为如此, 汽车 的运动速度不可能达到光速。(因为一旦这个 汽车 的速度达到光速,那么这个 汽车 的运动质量是无穷大,而无穷大的物理量都是不合理的,所以 汽车 不能达到光速)。

2:一个物体的速度是什么?

当一个静止质量非零的物体a的速度低于光速的时候,我们总可以找到另外一个速度比a更快的物体b,在b看来,物体a的速度方向是反向的;b可以减低自己的速度,让自己的速度与a相等, 那么在b为代表的惯性参考系中,a就是静止的。

所以,问题的关键点来了:一个物体,只要速度没有达到光速,那么它可以被认为是静止的。

3:光子的速度如何理解?

光子没有静止质量,在任何惯性参考系中,它的速度都是光速。我们不能找到一个以光速运动的惯性参考系(不存在!),使得在这个惯性参考系中光子的速度为零。 其实这个就是光速不变原理。

总结:光的速度是光速是天生的。

这个问题很好回答,大家都想复杂了。人类就是这样定义的,物质是运动的,光也是物质,所以光是运动的,物质运动的快慢程度叫速度,所以光运动的速度就是光速,不管快慢,光就是以自己的速度在运行何来达到。

基本粒子分为两大阵营: 费米子和波色子。 费米子是形成物质的基本粒子, 例如质子, 中子, 电子等。 波色子是形成场的基本粒子, 例如光子等。 费米子具有静质量, 速度永远小于光速。 波色子没有静质量, 只能够以光速的速度存在, 如果把波色子的速度降低下来, 就会变成能量, 不存在了。

所以回答你的问题, 光是如何达到光速的: 光的速度就是光速, 否则就不是光了。

更好的一个问题是: 为什么光速是有限的, 并且是最大的? 这个是我们所在宇宙的一种天然结构。 理论上存在速度无穷的宇宙, 只不过我们没有生活在这样的宇宙当中。

光不是 汽车 ,没有加速过程,所以用不上“达到”这个词。光子从诞生的一刻,它的速度就是光速。

光速约为3*10^8米每秒,这个数值是由真空介电常数和磁导率决定的。除非从真空环境进入另一种介质环境,比如水,它的速度才会下降。不过,如果你要问为什么光一开始就是这么快呢?为什么它不需要加速呢?这和我们常见的运动现象显得格格不入。这个还真的没法回答,虽然物理就是为了解释客观现象而存在的,但毕竟只是寻求现象间的客观规律,只能说,光的传播就是一个物理定律。

因此,在狭义相对论中,就有了光速不变原理的存在。而这个就直接从理论上,限制了我们永远只能测得一个恒定的光速。并且为了使得光速不变原理和狭义相对性原理不存在表层的抵触,狭义相对论出世了。正因为如此,所以狭义相对论给我们的感觉,物体在高速运动下的产生的变化显得不可思议,也正是如此,时间和空间不再是相互独立存在的“个体”。

欢迎关注赛先生科普,顺便点个赞哦,谢谢

要回答这个问题首先要正确认识什么是光速。光速不是一种速度而是一种空间结构。整个光速空间的光速实际上是物质存在的二生三的二空间在三空间的投影。光子实际存在的空间是二空间。一个光子由二空间在能量作用下进入三空间,由于二空间物质的维度数量不足,所以进入三空间的光子必然会以两个二空间的维度形成一个可以在三空间存在的物质。这就是光速的本质。也就是一个二空间在三空间映射的距离是一个固定的量,那就是光速。光子在这里的运行速度只是其在自己二空间的一个测度。也就是在三空间中是镶嵌着一个二空间的并且这个二空间同时也形成了三空间物质存在的条件。至于二空间的主要存在形式就是原子的核到核外电子形成的完整空间,在哪里光子只是空间的能量显示。原子核到原子边缘的内部空间在三空间则是一个不可跨越的隔离墙。

如果光速不是一个速度,而只是一种空间结构。那么光速就是空间存在的条件。光速的具体速度取决于这个空间的结构常数既电导率和磁导率。电磁常数是二空间存在的基本常数合成的在三空间的测度就是光速。

光是一种电磁波,它在真空中的传播速度是每秒30万公里,在介质中跟据介质的介电常数不同,光速会比30万公里小很多,雷达波也是一种电磁波,其传播速度也是30万公里每秒,这个速度数据是跟据实际测量得到的,并不是人为加速减速制造出来的,就像声波在空气中传播速度为330m/秒,水中声速一千多米每秒,这是波的自然属性,没有什么如何不如何的问题,

很多人会从爱因斯坦狭义相对论中的质增公式去分析,这确实是一种方式。质增公式如下:

m0为物体的静质量,m为动质量。从公式可以看出,如果一个物体想要以光速飞行,意味着公式中的分母等于零,分母等于零就失去了意义,但有一个例外。高等数学中的不定型极限表明,只要分子也等于零,公式仍会有意义。这意味着如果一个物体的速度为光速,m0(也就是静质量)必须为零。

而光的静质量确实为零,光不需要任何加速过程,一生下来就是光速,也必须是光速。

但有一点需要说明白,爱因斯坦的狭义相对论是建立在两个假设推导出来的,其中一个假设就是:光速不变原理。

也就是说,光速不变并不是推导出来的结果,而只是一个假设,也可以认为是公理。

不过这个假设经过各种验证之后,非常符合各种实验数据和天文观测现象。就像“两点之间直线最短”这个公理一样,其实也是假设,没法去证明,也不需要去证明。

其实物理学上的定义,光速并不是指光的速度,而是时空的一种固有内在秉性,光速只与真空中的介电常数和磁导率,公式如下:

光的速度是光速,而光是我们最常见的达到光速的物质,所以我们会习惯认为光速就是光的速度。其实这种说法并不严谨。

光速是时空决定的,而时空告诉物质如何运动,而光也是一种物质,自然也必须遵循时空定律!

光子会以光速运动,真空中的光速(c)是宇宙中最快的局域速度,那么,光子是怎样达到光速的呢?为什么光子在真空中会一直以光速前进呢?

事实上,光子无需加速直接就能达到光速,光子在产生的一瞬间就已经是光速,没有从零加速到光速的过程。之所以光子会如此特别,是因为光子没有静质量,这就使其必然以光速运动。

根据狭义相对论,一个静质量为m0的物体,如果它的相对速度v逐渐加快,那么,它的运动质量m也会逐渐增加,它并非像经典力学中所认为的那样保持不变,具体的质增效应公式如下:

从上式中可以看到,如果物体的速度无限接近光速,它的动质量将会无限增大。在这种情况下,让物体继续加速到光速是不可能的,因为所需的能量是无限的。因此,如果物体拥有静质量,那么,无论怎样加速,它的速度始终无法达到光速。

由于光子的速度为c,这意味着上述公式的分母为0。为了使上述公式有意义,根据高等数学中的0/0型不定型极限,这就必须要求分子也为0,即光子没有静,质量。在这种情况下,上述公式有意义,这意味着光子有动质量。那么,光子的动质量为多少呢?

首先,根据光子的能量(E)公式可得:

E=hν

上式中,h表示普朗克常数,ν表示光子的频率。

再结合质能方程(E=mc^2),可以得到光子的动质量为:

m=hν/c^2

除了光子之外,还有胶子的静质量也为0。同样地,胶子的速度也必然为光速。只要物体没有静质量,它只能以光速运动,它在出现的一瞬间就已经达到光速,无需任何的加速过程。

关于狭义相对论的质增效应,已经在粒子加速器中得到了充分的验证。无论粒子加速器有多么强大,对于一个有质量的亚原子粒子,即便是小如质子或电子,它们都无法被加速到光速。在强大的粒子加速器中,亚原子粒子很快就会被加速到亚光速,但进一步加速也只能让速度提升一点,更接近光速一点,但就是不能达到光速。
已赞过 已踩过<
你对这个回答的评价是?
评论 收起
推荐律师服务: 若未解决您的问题,请您详细描述您的问题,通过百度律临进行免费专业咨询

为你推荐:

下载百度知道APP,抢鲜体验
使用百度知道APP,立即抢鲜体验。你的手机镜头里或许有别人想知道的答案。
扫描二维码下载
×

类别

我们会通过消息、邮箱等方式尽快将举报结果通知您。

说明

0/200

提交
取消

辅 助

模 式