光为什么在真空中的传播速度最快,光在真空和空气中传播速度哪个快

首页 > 经验 > 作者:YD1662023-05-25 06:14:44

这个问题已经带入了我们对光的偏见:我们以为光是像某种微型炮弹一样发射出去的。但是实际上并不是这样,因为光子是一个量子物体,并没有加速度的概念。

光为什么在真空中的传播速度最快,光在真空和空气中传播速度哪个快(1)

如果我们退一步思考,不考虑光子,而是从古老的标准电磁学角度出发的话,光在真空中传播等同于平面波在远离任何电荷的电磁场中传播。

当平面波在电荷附近的时候,这个原理就不再适用了。当我们在电荷附近求解麦克斯韦方程时,就不会再有以真空光速传播的平面波了。这时候我们会用到非常复杂的方案(根据惠更斯原理,可能可以用平面波和球面波组合的方案),其传播速度通常小于真空光速。

光为什么在真空中的传播速度最快,光在真空和空气中传播速度哪个快(2)

如果这时候你在理论中加入量子化概念,你会得到其以光子形式出现的激发量子。在自由空间,它们被数学概念描述为光子传播器,它告诉我们光子是无质量的,以真空光速传播。

但在有电荷的情况下,传播子被改变了。光子的行为就好像它有一个有效质量。光子所携带的能量和动量(或它所代表的任何信息)现在在真空中的传播速度比光慢。

光为什么在真空中的传播速度最快,光在真空和空气中传播速度哪个快(3)

从电荷附近到真空的电场过渡是平滑的。到底离电荷多远的真空中的解才能作为有效的近似解呢?这其实取决于附近的电荷有多大,以及实验有多敏感。但是,即使在一般的真空环境中,电荷也会对实验产生可测量的影响。譬如,在外太空中太阳风(来自太阳的带电粒子)非常稀薄,比地球上实验室制造的最空的真空还要空。然而,太阳风确实对无线电波的传播产生了可测量的影响。

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