最快的速度和最慢的速度都跟它有关?

作者: Chris Impey, Katie McCormick

来源: 中科院物理所

发布日期: 2021-12-28 12:40:37

本文讨论了光速在物理学中的重要性,以及人类如何接近这一速度的挑战。同时,文章也探讨了使用激光实现极低温度的方法,展示了光在科学中的多方面应用。

光传播得很快。实际上,光是已知的传播速度最快的东西,物理学中有一个定律:没有比光传播更快的东西。光的传播速度为每秒300,000公里,从地球到月球只需一秒钟多一点,也可以在不到一眨眼的时间里从洛杉矶传播到纽约。神奇的是,人类生活中最快的速度和最慢的速度都与光有关。

我们能制造出以1%光速运行的物体吗?尽管1%这一数量听起来不多,但对于光速而言,它的1%仍然是非常快的——大约每小时移动一千万公里!以1%光速的速度,从洛杉矶到纽约只需一秒多一点,这要比商用飞机快一万多倍。帕克太阳探测器是人类制造的速度最快的物体,它利用太阳的引力使速度达到光速的0.05%。

为什么1%的光速都很难达到?是什么阻碍了人类达到光速的1%?简单而言,就是能量。物体会因为运动而具有相应的能量,物理学家称之为动能。为了跑得更快,你需要增加动能。问题就在于,想要把速度提升到很高,就需要大量的动能。让某物以两倍的速度运行需要四倍的能量,让它以三倍的速度运行则需要九倍的能量,以此类推。

世界上最慢的速度也与光相关?

激光器将一束狭窄、定向的光束聚焦在一个特定的点上,使其成为切割、燃烧、焊接的重要工具。这些活动都会产生或需要热量。激光束以光速传播,每小时超过6.7亿英里,速度达到了宇宙最快。那么,激光是如何产生地球上最慢的物体的呢?首先,关键点在于理解物体的温度和速度之间的关系。物体的温度越高,它的能量就越多,运动速度也就越快。尽管一些东西看起来是完全静止的,比如一支笔或你的笔记本,但其实并非如此。

在微观层面上,构成它们的粒子在不停地高速运动,生命体同样如此。

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