追着太阳的人

从科学角度考虑，光指所有电磁波谱，而从人的角度考虑，光指人眼可见光谱，在整个电磁波谱中，可见光谱只占一小部分，波长范围大约为390~760nm。

然而就是这一小范围的电磁波谱，对于人类来说，却意义非凡。光是人类认识世界，感知世界的重要手段，是信息的理想载体和传播媒介，人类大脑接收处理的感官信息中，90％左右是由我们眼睛提供的。

看得见，摸不着的光

对于人类而言如此重要的光，具有极快的速度——光速——自然界、甚至是整个宇宙中已知最快的速度，光速严格等于299792458m/s 。

在我们的认知中，要想产生速度，就需要动力来源，比如说超跑拥有超强发动机，提供强劲动力；短跑时体内大量糖原分解，生成ATP，提供能量。

那么问题来了，无处不在的光，是什么让它拥有了如此快的速度的呢？

光的本质是什么？

关于光是什么这个问题，历史上有许多伟大的物理学家、哲学家，甚至是宗教界人士参与其中，争论不休。

在早期，由于宗教的束缚，自然科学的研究和人类的思想始终处于牢笼之中，宗教就像一座“围城”，城内的人想出城而不得已，而那些站在城墙边、想要出城的人必定会受到歧视、嘲讽，甚至是迫害……

种种原因之下，人类对于光的本质的理解只是停留在对光的传播、作用等形式上的表层。

终于，到了十七世纪，在力排众议之下，“围城”上破了洞，人类得以窥见外面的世界。

作为一个在天文学、物理学、数学等领域皆颇有建树的伟大天才，惠更斯被认为是介于伽利略和牛顿之间的一位物理学先驱，其在1660年出版的《广论》一书中明确提出了光波动说，并且推导出了光的反射定律和折射定律。

44年后的1704年，坚持光微粒学说的艾萨克·牛顿出版了《光学》一书，正式提出光微粒说，书中写道：

自此，世界本应该进入“光波动学说”和“光微粒学说”共存的时代，但一山难容二虎，以惠更斯为首的光波动派势单力薄，寡不敌众。

由于牛顿在当时的学术界具有崇高的地位，无人敢去撼动他的光微粒学说。

渐渐的，光波动说跌出大众视野。

时间来到了十九世纪初，托马斯·杨成功完成轰动世界、恐怖到令人毛骨悚然的双缝实验。

显然、仅仅依靠牛顿的光微粒说完全无法得到类似的结果，由此，惠更斯及其光波动说再次走进物理学家的视野。

在此后的几年时间里，世界投“光波动学说”以火炬，照亮了光波，也照亮了物理世界。

在菲涅尔、麦克斯韦、赫兹、爱因斯坦等人的齐心协力下，光的波粒二象性正是确立，结束了长达二百多年的喋喋不休的关于光的本质的争论。

从粒子角度出发，解释光的动力

原子核外有电子，它们在不同轨道上旋转运行，不同轨道上的电子具有不同的能量，轨道能级越低，电子的能量也就越低，同理，高能级电子具有较高的能量。

当高能级电子跃迁至低轨道上时，就会释放能量，以光的形式向外发出能量，跃迁的能级不同，发出的光子的能量也就不同。

由于光子是电子进行轨道跃迁时释放出来的，而在过程前后，电子本身只是运动状态发生了改变，其质量、体积等强度性质并未改变。

因此，理论上，光子的质量为0，这一质量也被成为光子的静止质量，也就是说光子的静止质量为0。

而光子的运动速度极大，根据爱因斯坦的相对论，光子会产生质量膨胀效应，由此光子会产生一个“运动质量”，根据科学家的测量，光子的运动质量小于等于10负54次方千克，无论从哪个层面考虑，这一质量都是极其微小的，可以忽略不计。

光是一个神奇的存在，在它诞生之初，就开始以光速运动，永不停止，直到遇到对的电子，才会将自己的能量传给电子，停下匆匆的步伐。

因此，综上所述，光的运动并不需要动力，它生来就具有能量，一生也就那么多能量，不增不减。

光速真的不变吗 ？

我们听过太多光速不变的原理，然而在现实生活中接触到太多光速改变的真理，那到底光速是变还是不变呢？

在现实生活中，真空几乎不可能存在，因而光速不变原理在现实中并不完全适用。

我们知道，任何物质都会吸收光，而且不同的物质对光的吸收也不同。当光从真空中进入到某一介质中或者在某一介质中行进过程中，光子会激发介质中的电子，一部分光子恰巧被电子吸收，使电子发生轨道跃迁，产生激发态电子。

激发态电子不稳定，随后会自发的向低轨道跃迁，并释放出与吸收的光子频率相同的光。而相同频率的光会发生干涉现象，使光的波长变短。

实际光速可有以下公式求出：

V ＝ λω / 2∏

式中，λ表示波长（变小）、ω表示光波频率（不变），因此，可得出光速变慢。

零下二百七十三度

在经典物理学中大家都知道，要想让一个物体获得速度就需要给它提供能量，这个能量可以转换为物体运动的动能。因此也就有人有疑问，真空中光速30万公里，那么它的动力是哪里来的哪？

光应该是宇宙中最常见也是最神秘的存在了，最开始大部分人都认为光是瞬时作用的，就是没有速度的概念，无论传播到多远的距离不需要消耗时间。这种印象也很符合我们的认知，因为只要光一出现瞬间就可以填满小黑屋。当然我们现在知道这都是由于光速太大的原因，光速一秒钟可以绕地球七圈半，你认为仅仅生活在地球上某个国家、某个城市、某个街道、某个小区的我们可以感受到这种时间差吗？

但有的自然哲学家就不这么认为，第一个提出质疑的就是伽利略，他老人家开始组织人手进行了光速测量，当然结果不如人意，光速并不是那么好测量的。而真正测出光速或者是接近光速的是法国物理学家菲索（Fizeau,1819-1896），他设计了一套测量光速的装置（旋转齿轮），最终测出的光速是31.5万公里每秒，这和真实光速已经很接近了。

而光速真正的数值是在麦克斯韦提出他的“精美方程”之后，用波长和频率相乘得到速度，最终光就是电磁波的结论也被所有人所接受。以后的光速不用测量，直接就用频率乘以波长。光是电磁波，它的速度就是震荡的电场产生震荡的磁场，如此循环下去就是电磁波的传递。最后经过牛顿的绝对时空观，光在已经以太中传播，再到爱因斯坦的光速不变原理发展出相对论，科学家对于光了解的越来越透彻。

光从粒子说发展到波动说，最后再到波粒二象性。爱因斯坦提出了光电效应，认为光的能量形式也是“一份份”的，也就是量子形式，从此光又有了新描述形式光量子，简称为光子。在宏观上来看恒星核聚变发光、家里用电发光、点燃火把发光，但是从微观角度上来看是因为绕原子核运动的电子。

从量子力学角度来考虑，电子在原子核外是呈现概率分布的，也就是不存在具体的位置，是一片电子云。电子所处的位置有高能级和低能级之分，当电子吸收能量就会从低能级跃迁到高能级，但是这并不是稳定的状态，电子有自发向低能级跃迁的趋势，这个时候多余的能量就会一份份的释放出去也就是一个个的光子。

所以说光实际上是能量并非是物质，它没有静质量，因此电子跃迁释放的能量会完全无损失的转化为动能。从宇宙大爆炸支持，一切的物质和能量全部来源于“奇点”，那个时候开始能量就以光的形势产生了。也可以换一句话来说没有静止质量的生来就是光速运动，如果不是光速运动，那么现在的一整套科学体系就直接坍塌了。光子不存在加速过程，直接就是光速，它们不是物质的是能量，不要认为称为光子就是真正的粒子。

科学黑洞

光子没有质量，因此它一诞生，就以每秒接近30万公里的速度运动，不存在动力来源和加速过程。光子要么不存在，要么存在，如果存在，它就一直以光速运行，直到它与其它粒子相互作用被吸收。

光子的产生过程。光是电磁波，电磁波被描述为电磁场的激发，电场激发磁场，磁场又激发电场，依此类推，但首先源自于围绕每个原子核旋转的电子的激发。氢原子有一个电子绕原子核旋转，氦原子有两个电子绕原子核旋转，铝原子原子核周围有13个电子，每个原子都有一定数量的电子绕其原子核运动。电子绕着原子核在固定的轨道上运行，电子有一个它所占据的自然轨道，但是如果你激活一个原子，可以把它的电子跃迁到能级更高的轨道。为了达到稳定，电子倾向于回到原来的轨道，当处于高能级轨道的电子回到正常轨道时，即从高能量到正常能量的下降过程中，电子就会发射出一个能量包，即光子，光子的频率，正好与电子能级

大多数基本物质粒子，如电子、介子和夸克，通过它们对宇宙中普遍存在的希格斯场的阻力获得静止质量。光子和胶子，不受希格斯场的影响，所以它们没有质量，无质量粒子是纯粹的能量，无质量粒子有一些独特的性质，没有边界，没有表面，是完全稳定的，所以不像某些粒子，它们的能量不会衰减成质量较小的粒子，因为它们所有的能量都是动能，它们必须以光速运动。虽然光

科学闰土

谁告诉你光是有速度的，我们对光的测算是有误区的，拿太阳系来说它并不是我们看见的2-3围度而是11围度，只是我们的科技还不能理解跟看到。

光一经诞生就以光速运行，光子的静止质量为零；光子只要不被吸收就永远停不下来，而且光子的寿命几乎是无限长的。

一八零1

如果我们扔一个很重的铅球，最多只有十几米远。然而，如若是扔一颗手榴弹的话，至少也有三、五十米。为什么呢？这是因为同样的能量，质量越小的物体获得的运动速度就越大。于是，质量较轻的物体，被抛出的距离就较长。

光子是我们宇宙中不可再分的最小粒子，即是量子的激发态。其角动量为普朗克常数h，约为6.623x10-27尔格秒。这是一个非常小的数值。

由于角动量等于质量、半径和角速度的乘积，说明光子也是一个实体粒子，其质量和半径都是大于零的。

然而，与各种基本粒子不同的是，光子并不是由高能量子组成的封闭体系，因而其没有屏蔽量子的动能。

由于质量是被封闭的粒子关于其空间效应的度量，所以作为离散的激发量子，光子的质量是非常小的，小于10-40克。即便是与最轻的电子相比，光子的质量不足电子的万亿分之一。

这就是为什么，光子可以具有极大的速度在空间运动的原因。其一方面，是因为体积的细小，受到空间的束缚不大；另一方面，则是量子只要获得很小的能量，就可以成为光子，具有很快的速度。

实际上，在光子的能量中，只有极小的部分是动能。由于量子空间的密度很大而光子的质量又很小，以至于光子的能量主要是相对于空间的势能。

光速仅只是光子维持其相对于空间势能的速度。这也是为什么我们在通常的情况下，看不到光速变化的原因。

因此，光子之所以具有较大的速度，使其由原来的无规运动（基态量子）转变为有向运动的，就在于我们对空间量子的激发。

这就好比空气，在通常的情况下，气体分子是无规运动的，其对我们的碰撞💥是对称的。因而，我们感受不到空气的存在。

但是，当我们扇扇子或打开电风扇时，空气中的气体分子就获得了动能，具有了有向运动。这就是气体分子受到激发的物理机制。

对基态量子的激发，使之成为光子的物理机制也大致如此。只要我们搅动量子空间，就会对空间量子进行激发，从而使基态量子转变为激发量子—-光子。

只是因为量子太小，其无规运动的速度又很大，普通宏观物体的低速运动是很难激发量子的。这也是为什么，低速运动的宏观物体并没有感受到量子空间阻力的原因。

如果两个巨大的天体相互碰撞，就会引起量子空间的涟漪，即形成以光速运动的引力波。其本质也是激发量子，只是单个量子获得的能量较低，超出了可见光的范围。

如果原子中的电子对基态量子进行碰撞，从而使其由高能的激发态跃迁回基态，将能量传递给了量子。于是，受到激发的量子就成为具有较高能量的光子。这就是著名的光电效应。

除此之外，类似搅动水可以产生水波，电磁场的交互变化，也可以激发量子，产生具有光速传播的电磁波。

总之，我们的宇宙是由不可再分的最小粒子即量子构成的。因此，宇宙就好比是一个量子海洋，而物质是量子海洋所泛起的泡沫。只要有物体搅动量子海洋，就会打破量子海洋的平静，使受到激发的量子成为光子。

淡漠乾坤

没有相应的知识，就别自作聪明。

首先，光速是指光波的速度，不是光子的速度。电磁波的速度也是光速，还有宇宙射线……，电流的速度也是光速，但电子的速度也就是厘米级别。如果都是有某种实体以光速度运行，那你晒一下太阳，不出一秒钟会被“晒成马蜂窝”。

其次，说宇宙爆炸速度大于光速，那可是正儿八经的实体物质！那么，以我们肤浅的知识，会认为科学家根本就不可能推测宇宙直径。再有，我们现在正在以超光速的速度离开宇宙中心（超光速的爆炸还在进行中），我们都会“永生”，我们的时钟应该停止，可我们感受到了时间。

不懂就是不懂，我也不懂，就不饶舌了。

教育反思者

晚上经常看月亮，月亮距离地球38万公里，按光速每秒30万公里，地球上的光一秒多钟就能达到月亮🌙，在城市上空，晚上千万盏灯向太空发射光，但好像没有照亮月亮，月亮还是圆缺变化呈现在我们面前，光源如太阳光，电灯💡光，手电筒🔦，区别巨大，这些不同光源力量产出的光速会是一样，地球上的灯光照不亮38万公里处月亮，难道光速30万公里不是真实的事情。

KongZWang

光的速度确实很快，但光的传播并不需要任何动力和能量，而且光“一生下来”就以光速飞行，除非被物质吸收，否则光一直会以光速飞行！

光的本质是电磁波，而在麦克斯韦方程组中，光速是一个常数，这意味着在真空状态下，光速不会因任何运动状态或参照系的选择而发生变化。同时，光也是一种能量，并非我们通常所说的物质。

更重要的是，光没有静质量。什么是静质量？简单说，我们取一个惯性系K，使一个物体相对于K参照系保持静止，则在惯性系K中测量到的质量就是该物体的静止质量。

但光速恰恰很特别，光速不变原理告诉我们，在任何参照系下测量到的速度都是光速本身，也就是说光速是绝对的，比如说，即使你以99%光速飞行，你身上发出的光的速度仍旧是光速，无论在哪个参照系下观察都是如此。

所以，光没有静质量，没有静质量的事物只能以光速飞行。从另外一层面分析，物体之所以有静质量，因为会与希格斯场发生作用，而光并不会与希格斯场发生作用。

同时，光速限制并不是绝对的，并没有限制所有事物都无法超越光速，相对论的光速限制也是有前提条件的，这个条件就是：任何携带能量或者信息的事物都无法超越光速，而宇宙膨胀本身并没有传递任何信息，所以可以随心所欲地超越光速！

宇宙探索

光的传播速度那么快，它的动力源是什么？

既然问到了这个问题，前提得需要知道光是什么？光是一种电磁波，这是从波动性来看它的，如果从粒子性来看它的话，光是由光子组成的。但是无论从哪个角度看，光的传播速度都只能是光速，且无需加速过程，出生就是光速。如果问，为什么可以这么去保证它，没办法，这是理论要求的。

从粒子性来看，光由光子组成，光子没有静质量，它是一种规范玻色子，只能用来传递相互作用，这里科普一下什么是玻色子，简单来说，我们常见的物质是由费米子构成的，而传递引力、电磁力等基本作用力是以玻色子为媒介的，比如光子、胶子等。那为什么光子没有静质量呢？且来看看狭义相对论中的质增公式，如下：

你会看到，由于光子的运动速度为光速c，所以分母为0，当然学习数学我们知道，分母为0的话，公式失去了意义，为了保证有意义，那么m0（静质量）也为0，此时0/0有意义，因此光子的静质量为0，也就没有静质量。

从另一个方面来讲，也是这一个公式，由质增公式可以知道，随着粒子运动速度越快，动质量会增加，以至于逼近光速时，质量趋近于无穷大，对于加速一个质量为无穷大的物体来说，所需要的能量也是无穷大的，这个说不通，因此推导出一切有静质量的物体都不可以达到光速，那作为以光速运动的光子，也就不能具有静质量。

从波动性来说的话，光是电磁波，实质是变化的电磁场，电磁场会以光速建立起来，那么电磁波的传播速度应当就是光速。

题目最后问到，宇宙的膨胀速度为什么超光速？对于这个问题，相信你也经常遇到，宇宙膨胀的速度并不是我们认为的单纯的运动速度，它是空间整体的膨胀速度，这种膨胀存在于任何一个角落，至于为何距离较近的物体看不出来在膨胀，这是因为距离较近，引力占据上风，所以没有表现出来膨胀。

科学船坞

光子没有质量，但具备能量，所以也只拥有速度，光速在真空中速度才能达到每秒30万公里，至于为什么是这个数字，而且是宇宙中速度上限，爱因斯坦当年也没搞清楚。第二的问题为什么宇宙膨胀速度可以超过光速，这个通行解释;宇宙的膨胀是空间的膨胀，里面的物质速度并未超光速，只是相互的距离变化超过了光速。这个是个初等数学题，可能很难理解，举个例子来说明下吧，给你一根10厘米长的橡皮筋，权当它就是宇宙，上面每厘米画一个点，这点当作宇宙中的星系，你拉伸橡皮筋时当作宇宙膨胀，好了，当相邻两点以每秒一毫米速度膨胀时，10秒后，相邻两点距离增加一倍变成了2厘米，两点之间距变化速度每秒1厘米。但是皮筋总长变成了20厘米，两端点距离变化为每秒10厘米。只要皮筋(宇宙空间)足够长，那么速度很容易超过光速。但是皮筋(宇宙空间)上任意一点(星系)相对于周边的皮筋(宇宙空间)速度确仍然是每秒1厘米，远低于光速。皮筋(宇宙空间)的拉长我们称之为宇宙膨胀，拉皮筋的力我们称之为暗能量，皮筋的收缩力我们称之为引力

關鍵字: 科学 电磁波 光谱