光速在真空中和空气中的速度,为什么光速在真空中是恒定的速度

首页 > 经验 > 作者:YD1662023-05-25 06:35:08

我们知道,在我们生活的宇宙,真空中的光速是唯一的速度王者,真空中的光速是目前所发现的自然界中物体运动的最大速度。光速似乎已经到了宇宙目前的上限,光速不同于我们我们的经典力学,它不遵循我们小打小闹的速度法则,光速与任何速度叠加,得到的仍然是光速。而且光速与运动物体的质量息息相关,物体的质量将随着速度的增大而增长,当物体的速度无限接近光速时,它的质量将趋于无穷大,而在现实生活中,所以有质量的物体想要达到光速基本是不可能的。但是光速真的是不可超越的吗?其实不然。

光速在真空中和空气中的速度,为什么光速在真空中是恒定的速度(1)

在前面我已经提到了,光速是目前宇宙唯一的速度之王,但是有个前提条件,那就是真空环境下,也就是说光速在太空中是无敌的,但是换个环境呢?科学家通过研究测量发现光速在不同介质中传播的速度是不一样的,因为不同的介质所拥有的密度和成分是不一样的,根据折射率公式n=sini/sinr=c/v或v=c/n,光在不同的介质中,折射率不同光在介质中的传播速度不同,介质的折射率越大,光在介质中的传播速度越小。光在空气中速度与真空相差无几,但是光在水中的速度仅达到了真空光速的三分之二,因此光速在介质中并不是王者!所以你能想象到当粒子在一种介质中速度超过光速时是什么概念吗?真的长见识了!

光速在真空中和空气中的速度,为什么光速在真空中是恒定的速度(2)

契伦科夫辐射就是一种典型的现实版超越光速的例子。所谓契伦科夫辐射,其实就是在介质中运动的物体速度超过光在该介质中速度时发出的一种以短波长为主的电磁辐射,其特征是发出蓝色的辉光。当一种电子在核反应或者是粒子加速器中被加速到超过介电质中的光速时,或者说当超过介电质中光速的粒子是带电时并通过这样的介质时,契伦科夫辐射就会诞生。

光速在真空中和空气中的速度,为什么光速在真空中是恒定的速度(3)

其实契伦科夫辐射不难理解,就像超音速飞行器或子弹的音爆现象,由超音速物体产生的音波速度无法快到足以离开物体,因此波“堆积”了起来,形成了一个震波聚集地。具体来说,飞机运行速度接近音速时,会有一股强大的阻力,使物体产生强烈的振荡,速度衰减。这一现象被俗称为音障,而突破音障时,飞机所发出的疏密状的音波无法跑到飞机前方,所以就全部叠在机身后方,形成了圆锥形状的音锥。当它们向外传播时便互相干扰和影响,然后汇集成一道包罗机头的音爆前激波和一道尾随机尾的后激波。这些能量传到人们耳朵里时,会让人感受到短暂而极其强烈的爆炸声,就是音爆。类似的情形还有,快船超过水波速度时也会在水面上产生很大的弓形震波。

因此同理,如同音爆的情形一般,契伦科夫辐射也是如此。契伦科夫辐射的总强度与入射带电粒子的速度成比例关系,另外粒子数量越多总强度也越强,它的速度也将超越介质中的光速。

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