光线维系着我们对宇宙的感知。
有了光线,我们才能看到遥远的星星,
探寻存在的起源。
不过,“光”到底是什么?
简单来说,组成光线的光子就是能量传输的最小单位。
光子是基本粒子,没有严格的大小,
也不能分裂,只能产生和消亡。
光子也有“波粒二象性”,
也就是,在某种意义上,既是粒子又是波,
虽然这并不是真的。
另外,当我们说“光”的时候,一般都是指“可见光”。
其实可见光只占有整个电磁频谱的极小部分,
只是电磁辐射的少数典型。
不同的电磁辐射拥有
十分不同的波长和频率。
伽马射线的波长最短,因为其光子的能量最高。
多数伽马射线只有不到十皮米的波长,
比氢原子小得多;
氢原子之于一分硬币的大小,
相当于硬币之于月亮。
可见光位于频谱的中间,
波长介于 400 至 700 纳米,
大概是细菌那么大。
在频谱的另一端,射频电波的波长可以高达 100 公里;
而已知最大波长
可能超过十万公里,
比地球大得多。
从物理的角度看,这些不同的电磁波都是一样的——
它们都具有“波粒二象性”,也以光速“c”前进,
仅仅是频率不同。
可见光有什么特别之处吗?
呃⋯⋯没有。
只是我们的眼睛正好能
感知这些频率的电磁波。
不过,这也不完全是巧合
可见光是仅有的
在水中容易传播的电磁波;
而最早的眼睛就是在水中进化出现的。
眼睛是一项伟大的发明,因为它接收的光线
不仅会与物质反应,还会为物质所改变,
所以可以帮助我们了解周围的世界,
毫无延迟,
当然有利于动物的生存。
那么,光是从哪里来的呢?
当原子或分子由高能态转变为低能态的时候
就会发出各种频率的电磁波;
电磁波就是失去的能量。
从微观角度看,当原子中的一个电子
从激发态跌至低能态并散发掉其多余能量时
就会发出可见光。
同样,光线也能击中电子,被电子吸收,
令电子进入能量更高的状态。
从宏观角度看,变化的电子能量
产生一个震荡的磁场,
磁场又产生一个垂直的电场,
两种场在空间中前进,
传输能量,
也传送关于诞生地的讯息。
为什么光是宇宙万物中速度最快的呢?
从另一个角度问:
宇宙中最快的速度有多快?
就是“c”,真空中 299 792 458 米每秒,
每小时十亿公里。
电磁辐射正好就是这么快。
其实,任何零质量的粒子都只会以光速前进,没有加速过程。
就是说,当光从蜡烛中出来的时候,
不会从零加速到光速;
产生的瞬间光就已经是光速前进。
那么,为什么光速“c”是有限的呢?
呃⋯⋯没人知。
宇宙就是这样,
我们也不知道如何回答。
所以光是一种频谱的一部份,
是一种像波一样的基本粒子,
由两种垂直的场推进,
以宇宙最高速度前进。
好了,就这样。不过其他更加古怪的东西,
像以光速前进对时间的影响,
双生子佯谬,量子力学之类的东西呢?
且看下次分解。
现在,为我们的眼睛欢呼吧:
它们接收穿梭时空的讯息,
让我们“看见”万物,从而思考我们的存在。
译/Julian Y.