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光速是最快的,為什麽光沒有在空氣中摩擦生熱後燃燒?

2025-01-08心靈

你和約翰·拿殊(Nash)想到一塊兒去了。

對,就是那個【美麗心靈】電影介紹的那個拿殊,那個讓大學數學系和管院的學生頭大的拿殊。

先說個故事吧。

那是1948年,拿殊還是普林斯頓大學的一名研究生,對物理學產生了濃厚的興趣。他特別對愛因斯坦的理論感興趣,並希望能夠與愛因斯坦交流自己的想法。拿殊認為,當粒子(例如光子)在空間中移動時,自身的重力場可能會與其他重力場相互作用,從而產生「摩擦力」。他想要與愛因斯坦討論這個想法,看看是否能夠改進量子理論。

所以他常會特意繞路經過愛因斯坦在普林斯頓大學那兒的住所,希望能有機會與他「偶遇」一下。終於在一次會面中,拿殊詳細闡述了他的想法,並在黑板上寫下了一些方程式式。愛因斯坦和他的助手凱門尼(John Kemeny)都耐心地聽完了拿殊的講解。

愛因斯坦在聽完之後,禮貌地建議拿殊:「年輕人,你應該多學習一些物理學知識。」

「You had be study some more physics, young man.」

拿殊沒有立即采納愛因斯坦的建議,他對物理學的興趣一直持續了下去。

最終,他在這個領域並沒有取得什麽顯著的成果。

光子與摩擦

好了,你可以關掉這個貼子了,因為下面有點枯燥。

首先,我們要放棄一個觀點,那就是光子是一個「小球」。波粒二象性說光子表現得即是波又是粒子,而不是說它是一個粒子。所以,我們要先忘掉牛頓的世界觀,忘掉你的生活經驗。

光子與空氣分子之間的作用,不能用「摩擦」來形容。當一個特定波長的光子(先允許我用「一個」來形容它)擊中原子時,它不會像2個撞球那樣互相撞擊和摩擦,而是會將光子的能量傳遞給電子 [1] ,將電子踢到一個新的能階上去,當電子回到原來的位子時,一個新的光子就會產生並行射出來。或者另外一種情況,物質會留住光子的能量,也就是光被吸收並轉化為熱量了。

這與大氣分子與飛機和飛船表面的摩擦有本質的不同(實際上,返回艙進入大氣時主要的熱量來源並不是大氣摩擦生熱,而是空氣被壓縮而生熱,這是另一個話題了,略了)。

或者,粗暴地說,原子、分子和晶格水平上我們並不常討論「摩擦力」,而是會討論動能轉移、分子的旋轉或振動。光的輻射(熱傳遞的三種方式之一)會加熱一個物體,但我們不會說這是因為「摩擦」造成的。

打修補程式

以上的討論,只是寫給對物理學沒有時間深入了解的人看的。如果你想討論早期宇宙大爆炸時的光對物質速度的減慢的影響,以及這個」摩擦「對宇宙的早期演化的影響,就不是本回答想涉及的問題了。

參考

  1. ^ 入射波的頻率與物質中電子的能量水平相匹配