光速這麼快,為什麼光撞在身上人卻毫無感覺?

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光速是宇宙中物質與信息的最高速度,但就是這樣「最高的速度」,打在人體上,也幾乎沒有感覺。

這是因為光子的動量非常低。所謂動量,在普通物質上,就是速度乘質量,比如1kg的物體,速度是1m/s,那麼動量就是1kg m/s。光子質量為零,但仍然有動量。

光的動量是P = h / lambda,lambda就是光的波長,而h是普朗克常量。

波長越短的光,顏色越偏向紫色,更短則是紫外線、乃至伽馬射線。而它們的能量也隨著波長的縮短而增加。

從前面的公式可以看到,波長越短的光,動量也越大。

而根據牛頓定律,力是動量的變化率(這是嚴格的定義,中學課本中的F=ma是簡化情形)。比如如果在一秒鐘內,動量變化了1kg m/s,那這個物體就收了1N的力。所以我們如果知道單位之間內,有多少光子打到人的表面,並假設這些光子的動量都消失了,那就可以計算人所受到的光壓。

這個力非常之小,100瓦的光照到身上,也只會有5.3x10^-8N的力,人體根本感覺不到。不過這個力仍然可以用來推動航天器,比如「光帆」,就是利用光壓來作為動力。


章彥博


光撞在人身上怎麼沒有感覺?光不但有光壓,還有光輻射。陽光照在身上不但會發熱,曬在皮膚上久了還會灼傷和起泡。

光輻射是一種能量傳導。太陽光由不同波長的連續光譜組成,很複雜,分為可見光與不可見光。可見光的波長在400~760nm,散射後成紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七色,集中起來為白色。不可見光有紅外線和紫外線兩種,這兩種光一頭一尾,紫外線波長短,在290~400nm,紅外線波長長,在760~5300之間。

太陽光熱輻射的主要攜帶者是紅外線,佔總能量的43%,其他的光譜波段加起來佔57%。在地面上觀測太陽波段的範圍大約在295~2500nm之間,短於或大於這個波段的輻射會被地球大氣中臭氧、水氣和其他大氣分子的強烈吸收,不能到達地面。

光的另一種性質是具有光壓,光壓雖然感覺很小,但確實是存在的。

這是因為光子的靜止質量為0,只具有很微弱的動量。因此雖然其速度很快,但打在人的身上卻難以感受到。19世紀中葉,電磁理論的科學先驅麥克斯韋就計算得出,光正入射到黑體(完全吸收光的物體)上所產生的壓強為:P=S/c。

其中的S為光的波印廷矢量值,c為光速。

由此得出太陽光正入射到地面黑體上的光壓為p=5*10-^6N/m^2。

1901年,P.列別捷夫用實驗證明了光壓的存在,他測出的太陽光壓值與麥克斯韋的計算結果相符。

光量子與所有基本粒子一樣,具有波粒二象性。理論上光子沒有靜止質量,卻有動量,光作為一種粒子,大量的無數的光粒子以光速衝擊(照射)到物體上,就會對該物體產生穩定的壓強。這就解釋了光具有壓力的原因。

但光壓是很微弱的,人體是感覺不到的,因為無數個光粒子衝擊到人體上也還沒與一根頭髮絲的質量,人體是沒有那麼敏感的感覺的。但科學儀器就有,上述計算所得就是實驗和理論計算的結果。

光壓雖然看起來很微弱,但對天體運行等諸多方面還是影響很大的。

比如彗星的尾巴就是太陽光壓導致的,還有人造衛星在天上運行,就要考慮光壓的影響,否則久而久之就會被太陽光推得偏離了軌道。

太空中是一片高度的真空,比地球上人造最厲害得真空還要強上億萬倍,所以在太空沒有阻力和摩擦力,這樣光壓就顯出了很大得能量。

霍金在生時已經啟動的“突破攝星”計劃,就是準備採用大功率激光陣列發射高能激光束,以光壓驅動巨大的光帆,帶動一顆納米探測器前往半人馬座a星的比鄰星。

這個光壓驅動將把光帆加速到五分之一的光速,前往4.22光年的比鄰星只需要20年時間。

如今斯人已矣,這項宏偉的計劃結局將會如何,有待關注。

這就是光這麼快,撞在人身上沒有感覺,卻有強大光壓驅動力的原因。

時空通訊觀點,歡迎點評討論。


時空通訊


因為光子雖然速度快,但是動量很小,人體皮膚的感受器無法感受到如此微弱的壓力變化。

光可以在物體表面產生壓力

光子動量的計算公式與其他物體的不同,不是使用p=m·v計算的,而是p=h/λ,光子在物體表面被吸收,其動能會完全傳遞給該物體,如果光子被反射,即運動速度不變方向相反,那麼該物體獲得的動量為該光子動量的兩倍。

有動量就會在接觸物體的表面產生機械壓力,這就是『光壓』,屬於輻射壓(Radiation pressure)的一種,包括可見光在內的所有電磁波都可以對暴露在其表面的物體施加壓力。

太陽帆的設想就是基於上述原理,在太空真空環境下,阻力幾乎為零,太陽帆依靠微弱的光壓經過長時間的加速,也可以獲得足夠的速度。

光壓極為微弱,人體無法感受到

人體之所以被光壓沒感覺是因為這個壓力實現是太微弱了,比一粒塵埃掉落到皮膚上的力量還要小。著名物理學家麥克斯韋第一個算出了光壓的具體數值,在晴天的陽光下,太陽對1平方米黑體(對光線完全吸收)的表面壓力也僅有 4.7×10^-6 牛頓,這個力量遠低於人體能感受的閾值。


和風


其實作用力反作用力的概念在光這裡依然可以繼續沿用,由於光沒有靜止質量,所以直接套用牛頓定律不太好計算,所以借用更高階的物理定律,如動量守恆,我們得知光對物體是有力的作用的,也被稱為“光壓”。這個作用力極其微小,以至於我們日常難以觀察到光壓的實例。但是這個力作用在微小的物體上,則會有明顯的效果,例如利用激光“冷凍”原子,其實就是利用光對原子振動產生阻尼力引起的。


看風景的蝸牛君


光是我們目前人類已知最快的東西,每秒可以繞地球七圈半,但光照到人身上,並不會讓人感覺到疼。即使是以光速的速度。

傳統物理學認為,任何物質都是存在質量的,也即是受引力作用。傳統物理學認為,當物質質量恆定,速度越大,它所產生的力就越大,即光以光速30多萬公里/秒的撞擊在人體身上時,是會產生力的作用。但是,事實上,光的照射並不會出現力的作用。而表現為能量(光、熱)。


按照目前的科學研究,認為光是有波粒二象性的,涉及到速度一般按照光波來理解,涉及到光電效應就按照粒子來理解,也就說如果光照在一個人的身上,所產生的作用是由組成光的光量子對你產生的作用,可是光量子太過微小,而且不會產生動量,其產生的效果如同乒乓球撞擊地球。


不過對於某些特殊的材料光的作用效果還是非常明顯的,比如光照射光敏材料可以讓材料的陰陽兩極產生變化,當然這種作用力對於那種可以改變物體形態的力並非同一概念,但是不能說光作用在物體上沒有產生力。


良良引力波


嚴格來說,光照到人身上是會有感覺的,比如曬太陽,你會感到溫暖,這是因為,光是由能量的。

曬太陽是一件很溫暖的事


我理解您的意思是:光為什麼不會產生動量,對人產生衝擊力。(外行說話,請包含)

這也很好理解,因為光是一種電磁波,本身是沒有質量的。試想,如果光有質量,太陽光可能就會被體積大質量高的行星甚至別的恆星完全吸走(萬有引力);或者到達地球的光也會掉到地上而不是樹葉子上,植物就不能進行光合作用。

光沿直線傳播


那麼,什麼是電磁波呢?

電磁波,是由同相且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生發射的震盪粒子波,是以波動的形式傳播的電磁場,具有波粒二象性。這是360百科的解釋。

大家可以這麼理解,你在湖中心投下一粒石子,湖面會起水波,水波會傳遞得很遠,但是傳遞到湖面很遠處的水波中的水並不是湖中心的水,湖中心只是傳遞出了能量而已。同理,光波也並沒有將別的地方的什麼物質傳遞過來,而僅僅是能力。


耘醜


我們都知道,300000Km/s的光速是宇宙中目前已知最快的速度,光行進一年的長度叫做光年。天文學中一般用光年來丈量星系與星系之間的距離,通過一定程度的物理學習,我們都知道光也是一種物質,那麼既然光的傳播速度那麼快,為什麼撞到身上時,人不但不會受傷,還沒有任何疼痛的感覺呢?

一種說法是,和我們用的WiFi信號、手機信號、激光信號一樣,光也是一種電磁波,雖然速度非常快,但它在傳播的過程中只會釋放能量,並不會產生力的作用。所以在這就是為什麼光在照射的過程中,我們可以感受到熱和亮,但是不會感受到任何撞擊力的原因。

另一種說法是,光也有一定的質量。雖然依據傳統物理學理論:恆定質量的物體速度越大,所產生的力就越大。但光的質量非常小,無窮接近於0,以至於三十萬千米每秒的速度也無法讓它產生力的作用。這就好比一隻螞蟻掉落在地球上所產生的衝撞力,當然可以忽略不計,因此我們也就完全體會不到光照的衝撞感。

還一種說法是 光其實屬於一種暗物質,在電磁波的驅動下可以被我們的肉眼所看到,但物體是完全感受不到它的存在的 。

相信未來經過堅持不懈的科學研究,科研人員能夠為我們提供更加明晰的回答吧。


找靚機科普號


在科學上,這種衝擊力叫做光壓!簡單地說就是,光子的質量和能量的比例非常非常小,靜止的質量為零!所以宏觀上,這種所造成的衝擊力一般可以忽略的!但是在微觀上,卻未必可以忽略,比如光電效應,分子熱運動等等!順便提一下,光也是有壓強的!

雖然我們感覺不到光的壓力,但是我們卻可以感受到它的效應!比如你在曬太陽的時候,會感覺到暖和,這是因為光子的動能轉化成了你身體表面的內能了!

所以你沒有感覺是對的,但是它仍然存在衝擊力,也就是光壓!

這裡順便提一項技術,技術光帆技術,這是霍金教授在2016年提出的!而剛剛得知,霍金在今天逝世了!所以藉此機會,向老一輩科學家致敬!一路走好!


量子科普



我們都知道,物體的速度越快質量就會被相對論效應急劇放大,《三體》中毀滅三體星系的就是以近似光速的光粒,或者說就是一塊以近光速飛行的石頭。

而光速作為宇宙空間內速度的上限,按理說太陽光就應該像機槍一樣把地球打成篩子,可是地球好好的我們也好好的,這都是因為光子太小了,而且光是具有波粒二象性的應該被稱為光量子,打到人身上還沒有一粒灰塵的衝擊力大。

我們平常說的光都是可見光,這隻佔所有光中很少的一部分,紅外線紫外線也是光只是我們看不見,如果被紫外線等高能光子長時間照射,那麼人肯定會死亡,可是我們平常太陽光是經過了地球大氣層的重重過濾才到我們身上的,紫外線早就被臭氧層吸收了。

還有一點就是光量子在傳播的時候顯示出波的特性,和物體發生反應的時候顯示出粒子的特性

光照射到物體會產生光壓,不過這種壓力非常非常非常非常小對人體毫無影響,但是在外太空真空環境中光壓就可以推動太陽帆飛船,霍金生前的“突破攝星”計劃就是用地球上的高能激光束去推動納米探測器達到光速的五分之一然後飛向比鄰星。


宇宙探索未解之迷


因為光撞在我們身上產生的力量太小了!雖然光速很快,但光子非常小,撞在我們身上產生的壓力太微弱了,每平米只有5×10的-6次方牛頓,如此微小的力我們根本感受不到,就好比一粒灰塵掉落在我們身上,事實上光壓比灰塵掉落我們身上產生的力要小很多!

光壓的大小事根據光的電磁理論或者光的量子理論計算得出的,最早由麥克斯韋提出了光壓的存在,並在之後的科學實驗中得到進一步證實!

雖然光壓十分微弱,看起來不會有什麼用途,但事實也並非如此。人類利用光壓產生的動力甚至能完成一定意義上的星際旅行。

比如說一種名叫“太陽帆”的動力裝置,就是利用光壓的產生的動力,瞬間獲得巨大的推動力,然後達到非常高的速度,理論上速度可以達到光速的10%!

當然前提是這種太陽帆要非常巨大,這樣才能產生巨大的推動力,同時太陽帆的材料需要儘可能是輕質材!

雖然人類距離真正的太陽帆還有相當長一段路要走,但科學家們已經付諸行動,尋找更輕質的材料在實驗室中製造太陽帆!


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