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光线以光速穿过人体 为何不会造成伤害?答案其实很简单

时间:2023-06-26 11:10:25

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光线以光速穿过人体 为何不会造成伤害?答案其实很简单

18世纪60年代,因为机器的出现和普及,人类文明进入了高速发展的新时期。短短数百年后,随着科技水平的不断提高,人类开始渐渐不满足于地球这一隅之地,探索的目光也从地球转移到了浩瀚无垠的宇宙空间,去地外星球探索一时间成为无数人的梦。

20世纪60年代,梦想终于实现了,阿姆斯特朗在月球迈出他的一小步,标志着人类文明正式进入宇宙时代,同时也标志着人类科技发展迈出一大步。

不过,虽然说宇宙已经已经成了人类的探索目标,但是有有一个非常重要的因素,一直在限制着人类探索宇宙的步伐,它就像一条绳子,将人类死死地拴在地球附近,这条绳子就是:速度。

虽然现在我们的探测器已经能够到达太阳系其他行星进行探索,但是实际上还是在地球附近,因为在动辄以光年作为距离尺度的宇宙中,我们人类掌握的速度实在太慢了,甚至慢到连太阳系都飞不出去。

许多科学家经过研究认为,人类如果想要正式在这星辰大海中启航,速度至少要达到光速的10%左右,不然根本无法逃脱恒星引力,以及熬过漫长的航行时间。

想要实现以光速来衡量的科技发展,就必须要对光的本质有更加深刻的了解才行。在爱因斯坦提出的相对论中表示,宇宙中任何有质量的物质,在无限接近光速的过程中,其质量会得无限大。

而对物理有一定了解的朋友肯定知道,组成光的光子其实本质上也是一种物质,它具有“波”和“粒”两种特性,同时也具有质量,那么为什么运行速度达到光速的光子,在撞击或者穿过人体的时候,不会对人体造成伤害呢?

其实这个问题曾经也是一个令科学家们束手无策的问题,而随着科技水平的不断提高,光的神秘面纱也逐渐被科学家们揭开。

我们都知道在传统的物理学中,所有物质都是具有质量的,而有质量就意味着会受到引力的作用。当物体的质量处于稳定状的时候,其速度越大,撞击产生的力也就会越大。

当时的科学家们根据爱因斯坦的相对论对光子进行了分析,因为相对论中认为任何有质量的物质都无法达到光速,所以科学家们认为能够达到光速的光子,其实是没有质量的。

但是科学家的分析,却和实际观察到的结果出现了矛盾,比如光子也无法逃脱黑洞巨大的引力。按道理来说,如果光子是不具备质量的话,那么它是不可能受到引力的作用,也就是被黑洞所吸引,黑洞应该对它没有任何影响才对。

而日常生活中看到的“光压”设备,也似乎显示光子其实是有质量的,这些现象和相对论之间有着巨大的矛盾。

可能有的朋友会说,光照在人体上会感觉到热量,所以根据爱因斯坦提出的质能方程式,光子的质量已经转化为了能量耗散在人体上了,所以不会对人体产生伤害。

但是别忘记了,任何物质达到光速都会产生无限大的质量,而无限大的能量显然远不是照在人体上的那点热量能够消耗完的。对于这个问题,经典物理学无法给出一个合理的解释。

其实“光”是一种非常基本的存在,因为我们能够看到世界离不开它的帮助,但是就是这种最基本的存在,现代物理学仍然无法从根本上对它进行清晰的描述,只能从其他方面探索它的特性,比如黑洞能够吸引光线的现象,和光子没有质量之间的矛盾。

我们之所以认为光能被黑洞吸引,所以光是有质量的,主要因为“引力”这个概念仅存在于牛顿力学,在精度更加高的“量子力学”和“场”中,如果想要描述光子的“力”以及“运动”状态,则需要更加基本的概念。

所以严格来说,黑洞的引力并不能吸引光子,光子之所以看起来被吸引,是因为光子的“静止质量”为零。所以光子在引力场中的运动始终会遵循“测地线”。而黑洞的引力会扭曲空间,使这条线发生偏移,要知道光子运动轨迹就是这条线,而线偏移了,所以光子看起来被黑洞引力拉住了。

可能有朋友想不通为何科学家说光子没有静止质量,其实任何有质量的粒子通过“洛仑兹变换”,都可以变换到一个静止的坐标系上去,而光子却没有自己的静止坐标系。

也就是说,不论如何变化,光速都是一个恒定的量,这于爱因斯坦在相对论中提到的情况是一致的,在相对论中光子不会静止,从何也就没有静止质量。

那么既然现在已经知道光子没有静止质量了,为什么目前科学界还对这个问题进行研究呢?其实主要原因是“光子没有静止质量”这个结论是推导出来的,人类目前还无法用实验来证明这个结论,因为只要是实验,就必然存在误差区间,这也就意味着无论误差是多少,这个误差肯定存在。

而光子静止质量的问题,本身就是一个绝对化的概念,就和人类无法用实验证明“真空中光速最快”一样。当然了,如果非要做实验证明的话,最多能算出来光子静止时的质量最小值,并且不断的缩小这个最小值的范围,但是根本无法证明最小值为零。

总的来说,光之所以能以光速撞到人体也不会对人体造成伤害,答案其实很简单,主要因为光子的静止质量为零,运动质量无限趋近于零,再加上体积极小,所以穿过人体当然不会造成任何伤害。

不过值得注意的是,以上讨论的只是平时生活中的可见光,一些能直接伤害人体的光并不在讨论范围内。

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