光的最慢速度是多少?


現(xiàn)在全球主要大國都開始認識到,隨著化學能武器的潛力已經(jīng)被挖掘到了極限,今后想有進一步的突破,甚至終結核武器等長期威脅人類生存和發(fā)展的大規(guī)模殺傷性武器,激光和定向能武器、電磁武器是需要深入研發(fā)的下一代武器系統(tǒng)。其中已經(jīng)逐步進入實用化的就是激光的電磁炮。這里面激光的作用似乎更大。因為當今的激光技術,不但應用到軍事領域,就是在民用工業(yè),比如激光材料加工以及剛剛討論過的激光芯片打印,甚至醫(yī)療領域,激光技術都已經(jīng)深入發(fā)展。一個國家自身激光技術是否領先,已經(jīng)成為衡量一個國家科技和工業(yè)實力的重要指標?,F(xiàn)在在激光領域的各種實用性的突破,根本原因在于人類對激光本質特征有越來越深入的了解。只有在理論上先獲得更大的突破,才能創(chuàng)造性的生產(chǎn)出許多自然界根本就不曾存在過的高端技術。因此對激光和光的追根溯源遠遠沒有結束。
激光是普通光的一種。而光是原子受到激勵,外圍電子向更高的能級軌道躍遷時釋放出來的光子輻射,這種輻射本質上是電磁波的一種,具備波粒二象性。但是光子又沒有靜止質量,換句話說,光子本身能不能算一種物質,是一直有爭論的。既然光子算不算實體物質不能確定,那么光整體上算不算物質也讓人迷惑。波粒二象性本身就很難理解,而光是如何定向傳播,為什么光速有一個極限值,都是不好回答的問題。到1905年,愛因斯坦提出狹義相對論。指出時間和空間都是相對的,而光速是將兩者聯(lián)系在一起的一個物理常數(shù)。宇宙中傳播速度最快的介質就是真空光速,經(jīng)過多次測量,被認為是299792458米每秒,由于這個速度非常接近30萬公里每秒,為了方便記憶,于是真空光速被認為大約等于30萬公里每秒。到目前為止,沒有發(fā)現(xiàn)任何超越真空光速的其他物質。

實際上光速也不是接近30萬公里每秒恒定不變。這只是真空中的測量速度,在地球常見透明或者半透明的介質中,光的速度都會下降。比如光通過普通玻璃時,速度會下降到只有真空光速的三分之二,也就是下降到每秒20萬公里左右的速度。光在透明度極好的大氣中傳播,速度也是會下降的,不過不是特別明顯。那么導致光速在透明物質中下降的原理又是什么。有人通過研究揭示到,這是因為任何光,不論普通光還是高能激光,本質上都是一定頻率的電磁波,而電磁波的傳播,是通過不斷的在空間變換電場和磁場來傳播。在光穿透物質時,這種電場和磁場的交替轉換,會引發(fā)被穿透物質中帶電粒子的共振反應,這種共振的頻率和入射光的頻率一致,但是有相移,因此波長會變短,在頻率相同的情況下,波長變短的電磁波的疊加,會導致傳播速度的下降。這種解釋是諸多理論解釋的一種,是否真實情況就是這樣,還需要進一步的驗證。激光在穿透普通玻璃時,速度下降到20萬公里每秒,但是仍然速度很快,人的感官是感覺不到的。

那么有沒有讓激光的速度進一步降下來的物質?有 !某國有人研發(fā)出一種特殊的人造有色寶石,通過一束激光照射寶石一側,一開始沒有多大的反應,但是經(jīng)過大約半個小時以后,居然發(fā)現(xiàn)從寶石內部又自然射出一束頻率相同的激光,這等于是這束激光穿透直徑只有1厘米左右的寶石居然用了半個小時!等于比蝸牛爬行的速度還慢N倍。這種神奇的現(xiàn)象,被認為可以用作光子計算或者光子儲存,是比當今的電子計算能力擴大N倍的新技術的起點。
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