光是如何達到光速的？誰給它的動力？

此前，韋伯太空望遠鏡公布的遙遠星系團圖片，讓人們再一次感受到了宇宙的廣闊，原來和銀河系相似的星系在宇宙當中還有這么多個。

韋伯望遠鏡的首張全彩照片

感嘆于宇宙廣袤的同時，人們又開始思索何時能夠乘坐“光速飛船”暢游宇宙，雖然這種飛船應(yīng)該只出現(xiàn)在科幻小說當中。

不過光速確實是人類已知的最快速度，那么光到底是如何達到光速的？是誰給它的動力呢？接下來，就讓我們一起探索“光”的世界。

光速的概念圖

神奇的“光”

人類在很早的時候就對光有所認識了，比如在墨子的《墨經(jīng)》當中就有大量對光學(xué)現(xiàn)象和成像方面的描述。除此之外，歐幾里得在《反射光學(xué)》當中也記錄了許多與光有關(guān)的問題?？梢钥闯觯祟悓τ诠膺@種“神奇的存在”，一直都十分的好奇，并且努力地探索。

光從本質(zhì)上來說就是一種處于特定頻段的光子流，當它在均勻的介質(zhì)中時就會沿著直線進行傳播，在引力場當中其傳播路徑就會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。在不同類型的“光學(xué)敘述”當中，光表現(xiàn)出的特征是不一樣的。

光子就是電磁相互作用的傳遞者

比如大家在初中物理課接觸得到幾何光學(xué)，其表述就是光是以直線傳播的。而波動光學(xué)當中，光就更像是湖面上的波紋一樣。至于量子光學(xué)，則直接從更加微觀的層面描述了光的特性，指出光的能量是量子化的。

總的來說，人類對光的認識還是經(jīng)歷了比較曲折的發(fā)展，從粒子說、波動說再到波粒二象性，科學(xué)家在打開光的大門之后，才發(fā)現(xiàn)它竟然如此的神奇。

表現(xiàn)出波粒二象性的光的照片

然而更讓人們感興趣的其實是光的速度，因為真空光速是人類已知的最大速度，可以達到299792458米/秒，一般四舍五入為300000公里/秒。

如果將人類研究出的最快的飛行器速度與真空光速進行對比，你就會意識到咱們真的是在以“龜速”前進。

光速是自然速度的極限

那么，光到底是怎樣為自己“加油打氣”最終達到光速的呢？它的動力來源是什么？

光的動力來源到底是什么？

任何東西的運動似乎都需要動力來源，比如說火箭，人類之所以能將它送上天就是因為制造出了足夠強大的動力裝置?？墒悄呐率琴M了這么多心思，火箭的飛行速度與光速比起來依舊啥也不是。

這樣來看的話，光想達到這種恐怖的速度應(yīng)該并不容易，可事實真是這樣嗎？

人類火箭的推進速度可達7馬赫

顯然不是，因為光的運動根本就不需要動力來源。根據(jù)科學(xué)家的觀察來看，光和我們認識到的一般物質(zhì)有著顯著的區(qū)別，那就是當它處于靜止階段的時候，質(zhì)量可以忽略不計。

直到開始運動的時候，才會擁有能量、質(zhì)量等，而這種從零到有的特性就使得光子一旦開始運動，就不再需要動力支撐，可以一直維持著初始速度。

原子發(fā)射光子的模擬圖

當然，這里主要指的是處在真空環(huán)境下，如果在其他介質(zhì)中或者介質(zhì)的均勻程度發(fā)生了改變，那么光速也無法穩(wěn)定不變。

值得一提的是，這些年來科學(xué)家為了搞清楚光速究竟是如何達到的，還做出了一個假設(shè)，猜想在宇宙中可能存在著一種名為“希格斯玻色子”的東西，它一般使用給粒子減速的方法來賦予它們質(zhì)量。

粒子物理標準模型示意圖

于是，在宇宙的一眾粒子當中，只有我們看到的光子逃脫了這一“定律”，一直保持著光速。但是為什么只有光子這么特殊、希格斯玻色子到底是如何“篩選粒子”的問題，還是沒有固定的解釋。

因此坦白來說，人類到現(xiàn)在都沒有徹底搞清楚光子運動的全部問題，畢竟我們的觀察手段還是十分有限的。而且一些與之有關(guān)的基本原理，人類了解得也不夠透徹，所以想解開光身上的所有答案，我們還有十分漫長的路要走。

各種粒子的運動的構(gòu)想圖

除此之外，光速其實只是人類目前為止認識到的最快的速度，在宇宙當中依舊有著超越光速的存在，比如如果你想跟著光前往宇宙的邊界，是很難做到的。因為宇宙不僅處在膨脹當中，其膨脹的速度還遠超光速。

宇宙膨脹的模型示意圖

宇宙中超越光速的存在

一直以來，科學(xué)家都將光當成宇宙當中的信使，通過它們來破譯一些古老的信息。不過別看光速已經(jīng)這么快了，但是將其放在宇宙尺度下時，就會發(fā)現(xiàn)它還是太慢了，導(dǎo)致我們看到的信息可能都來自于過去。

比如你在今晚仰頭看到的星光，它并不是那顆星星實時發(fā)出的光，可能是它在多年以前發(fā)出的，因為光在宇宙中的行走看似很快，實則卻很慢。

韋伯望遠鏡拍攝到了130多億年前的光

這也是為什么科學(xué)家在宇宙中發(fā)現(xiàn)那些距離我們幾十光年的超級地球時，許多人都表示這種發(fā)現(xiàn)毫無意義，因為當你將光年換算成常用的單位是，就會發(fā)現(xiàn)真的是“可望不可即”。

人的一生對于“窮盡”都有著執(zhí)著的追求，所以許多科學(xué)家的終極目標是抵達宇宙的邊緣，看看在那里有什么。先不說宇宙是否有邊界，即使有，我們也無法看到。

宇宙的微波背景輻射圖

因為哪怕是我們乘坐著光速飛船開始航行，在宇宙中不斷地追逐著光的腳步，也趕不上宇宙膨脹的速度?？梢哉f，除非宇宙哪一天停止膨脹了，人才有機會看到所謂的“邊界”，雖然從本質(zhì)上來說，宇宙應(yīng)該是個閉環(huán)。

除此之外，科學(xué)家在微觀領(lǐng)域的研究中還發(fā)現(xiàn)，量子糾纏的速度也超越了光速，不過這種現(xiàn)象并不承擔傳遞信息的功能。

世界第一張量子糾纏的照片

那么，如果未來時機成熟，人類是否能夠?qū)崿F(xiàn)光速飛行呢？

人類可以實現(xiàn)光速飛行嗎？

人類從來不缺乏想象力，所以早在各種科幻電影和書目當中，我們都已經(jīng)實現(xiàn)了光速飛行，并且抵達了不少未知的地方。但是從現(xiàn)實的層面來說，光速飛行是難以實現(xiàn)的，我們能做的應(yīng)該只有不斷地“逼近”它，為什么這么說呢？

正在光速飛行的飛船構(gòu)想圖

因為愛因斯坦早就在相對論當中就表示光速無法達到，這也與咱們在前文中提到的光區(qū)別于其他物質(zhì)的獨特性質(zhì)有著密切的關(guān)系。

所以按照目前的理論來說，人類想實現(xiàn)光速飛行確實是在“癡心妄想”。那么，即使無法實現(xiàn)光速，我們可以為飛行器提速嗎？

光速飛行的構(gòu)想圖

這一點還是可以做到的，前提是我們找到利用效率更高的燃料。因為現(xiàn)在的化石燃料不僅特別占位置，利用效率還非常差，在這種情況下人類只有找到更優(yōu)質(zhì)的燃料才能夠為飛行器提速。

如今處在研究前沿的有核能、反物質(zhì)等等，其中反物質(zhì)算得上是人類最為向往的一種能源了，因為這家伙與物質(zhì)相遇之后湮滅所產(chǎn)生的能量非常大，而且產(chǎn)生巨大能量所需的反物質(zhì)并不多，這就為飛船減少了荷載。

反物質(zhì)就是正常物質(zhì)的相反狀態(tài)

不過，反物質(zhì)不僅很難被制造出來，還不容易儲存。所以想利用反物質(zhì)作為能源驅(qū)動飛船，在這幾十年之內(nèi)應(yīng)該是無法完成的。并且科學(xué)家指出，僅僅是飛行器達到更快的速度還不夠，因為人體也有耐受極限。

所以就算未來人們可以制造出接近光速的飛船，也要確保乘坐飛船的人不用在飛行的過程中不會出現(xiàn)太多的不良反應(yīng)。

人體可承受的超重范圍示意圖

這也是為什么，許多飛行員在進行飛行任務(wù)之前都需要經(jīng)過特殊的訓(xùn)練，確保身體可以適應(yīng)速度的增加。

總部設(shè)在弗吉尼亞州的美國航空航天醫(yī)學(xué)協(xié)會的執(zhí)行主管杰夫·斯文特克表示：“短時間而言，人體能承受遠超9倍重力加速度的影響，但如果持續(xù)時間過長，就很少有人能承受得了?！?/p>

飛行員的超重離心力訓(xùn)練倉

這樣來看，大概只有了無掛礙的光子本身才能在宇宙中自由自在地飛行了吧！

對此，你怎么看呢？歡迎來評論區(qū)留言。關(guān)注CHN九象科技，通過科普，你會發(fā)現(xiàn)這個世界有太多奇妙無比的事情。