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光的速度高达30万公里/秒，它前进的动力是什么？

科学美少男 2020-08-12 浏览121次

光既然可以每秒30万公里，那它的动力是什么呢？首先，这个速度叫做光在真空中的速度，其次30万这个数字是一个近似值，即使不在真空它的速度也很快，快到夜晚开关一按你能瞬间感觉到屋子里充满着光明，而相对于太阳，它给予地球的光明需要8分多钟才能到达。

我们平常开车，如果想给车子提速，可以通过猛踩油门，让汽油充分燃烧释放出更多的能量与动力，那么光如此之快的速度需要多大的能量，这些能量又是从何而来？答案：光不需要任何东西来驱动，它是自我维持的。

物体不会无缘无故地加速或减速

1687年，牛顿发表了巨著《自然哲学的数学原理》，其中第一条定律描述了世间万物本身都具备一种能力，它被称为牛顿第一定律，又称为惯性定律：

任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。

简单来说物体不会无缘无故地加速或减速，如果有一个无限大的理想冰面，有一个小球以100km/s的初速度进入冰面，那么这个小球就会永远按着初始的方向、初始的速度行进下去，永无止境，它不需要任何动力来保持这个速度，除非受到了外力的干扰。

因此很多人喜欢滑冰，因为稍微一用力可以滑出去很远，而跑同样的距离我们可能已经气喘吁吁，但是即使滑得再远我们最终也会停下来，因为摩擦力（非理想冰面）和空气阻力会提供一个与任何运动相反的力，除非我们再来一脚给予持续的动力。

光就像理想状态下的小球，它不会受到摩擦或者空气阻力，所以它在空气中运动不会出现逐渐减速而最终定在那。然而，光也不是完全不受外部的影响，折射率使光在物质中传播得较慢，并且总有出现一些散射和吸收。

光子与光波

光也不是完全不受外部影响的。折射率使光在物质中传播得更慢，并且总有一些散射和吸收，这个过程涉及到能量的转换。

光具备波粒二象性，因此它同时具备波的性质，不同波长的光，具有不同的物理性质，例如光波的频率越大，波长就会越短，从粒子性的角度光子所具有的能量会越大。波长为400~700纳米波长的电磁波为可见光，我们之所以能看到世界万物就是因为我们眼球可以吸收可见光，而我们大多数的可见源于阳光。

光的能量

牛顿通过三棱镜把阳光散射成七色光，当阳光照射到万物，万物吸收掉可见光的一部分波段，反射回来的另一部分波段可见光进入到我们眼睛中就成了所谓的“颜色”。例如：阳光照射到一般植物上，大部分可见光可以被植物中的叶绿素、叶黄素与胡萝卜素等，所吸收进行光合作用，而波长在500~600纳米之间的绿光对植物光合作用无用则会被反射回来，因此大多数植物在我们看来都是绿色的。那么植物成长的能量来源于哪里？

植物的能量源于对部分可见光的吸收，或者说吸收部分可见光所具有的能量。它的能量来源有很多，例如：太阳核聚变或者电能，当电能给灯丝等物质加热时，组成物质的原子中的外层电子会受到外界能量的激发从而向高能态发生跃迁，而较高的能态又不稳定，它会向低能态轨道迁移，而高能态与低能态之间的能量差就会在电子发生迁移时以光（△E=hv）的形式释放出来。（v为电磁波的频率，h为普朗克常数。）

光子的静态质量为零，它只具有能量（单个光子的能量为hv），因此在被其路径上的物质反射或折射时没有摩擦。当不被物质打断时，它就会永远沿着线性路径运动。这是由于电场和垂直磁场能够(根据安培定律、高斯定律和麦克斯韦的推论)有规律地以正弦模式自我诱导和自我湮灭。如果这一切发生在真空中，没有任何东西可以阻止或减慢它的速度，它永远会相对于万物以30万km/s的速度行进下去。