为什么爱因斯坦一生都没参透光的秘密?4个科学无法解释的光现象
1951年,爱因斯坦在给他的好友贝索的信中,曾极度伤感地说过这么一段话:
"什么是光量子?50年来我一直在认真思考着这个问题,可是哪怕连一步都没有接近答案。眼下像汤姆、迪克和哈利这样的人,都以为他们了解光量子,其实全都是错的!"
"汤姆、迪克和哈利"是谁呢?他们就是"张三、李四和王五"。爱因斯坦没有指名道姓,但却囊括了所有人。
我们知道,爱因斯坦因为用"光量子"概念成功解释了光电效应而获得了1921的诺贝尔物理学奖,但在30年后,他却坦言,自己从来都没有真正理解过光子是什么?
光真的有这么难理解吗?竟然困住了代表着人类智力巅峰的科学天才?
为了深刻理解光的神秘和诡异,今天我们就盘点下关于光的4个,现今科学依旧无法解释的现象,看了这篇文章,你势必会对日常所见的光有一个全新的了解!一、光的部分反射现象。
众所周知,光的本质就是电磁波,但同时具有粒子性。在日常生活中我们经常会见到,当一束光射入玻璃表面时,有一部分会发生反射现象,而另一部分会折射穿过玻璃,那么,反射光和折射光的比值是多少呢?
诺奖获得者理查德费曼在他的一次公开课中曾描述过这样一个实验,让一束单色光按照特定角度射向一块玻璃,在玻璃内和玻璃外光反射的路径处各放置一个光接收器捕捉光子,以此来确定光的入射量和反射量。
最终的实验结果是,每射出100个光子,大约有96个光子被玻璃内的接收器捕捉到,而只有4个会被玻璃外的接收器捕捉到。
简单说,光的入射率96%,反射率4%。
那么问题就来了,作为单个光子,在射入玻璃表面的瞬间,它是如何决定该入射还是该反射的,如果光很任性,一切都是随机行为,那为何入射率和反射率又是确定的?
对此,科学家给出的结论是,我们永远无法解释单个光子的行为,我们只能确定一束光在特定入射角度下的反射概率值!二、光诡异的偏振现象。
我们知道,波动有横波与纵波之分,振动方向与传播方向相同的是纵波,反之;振动方向与传播方向垂直的就是横波。光是电磁波,电磁波是由互相垂直的电场磁场产生的,因此,光属于横波。
横波有个特点,就是在传播过程中,只能通过与自己振动方向一致的狭缝。如果狭缝的方向是水平的,而某束光的振动方向是垂直的,那么这束光就无法通过该狭缝。
这里问题就出现了,如果光仅仅具有波动性,之前的逻辑没毛病,但光还具有粒子性,如果我们逐一地向狭缝发射单个光子会怎样呢?
实验结果是只要光的振动方向和狭缝的方向是垂直的,光就无法通过,这就太不可思议了,这就类似你向栅栏扔石子,栅栏口是竖着就可以扔进去,但横着就扔不进去,即使石子的大小远远小于栅栏口。
但更绝的还在后面,如果我们把水平狭缝旋转45度,还是之前的那束光,就会有一半的光子能通过,一半的光子无法通过;
如果把狭缝再次旋转一个角度,那束光会自动调整通过的概率来匹配狭缝角度,这简直无法理解,光子仿佛有意识,能够识别狭缝的角度,而且还时刻互通着消息,你发出100个光子,在45度的狭缝中,通过与被挡住的光子数正好各是50。
光的偏振现象使许多科学家都伤透了脑筋,但最终也没有合理的解释。三、光速恒定不变。
根据传统认知,运动都是相对的,火车的时速是60公里,你在车顶以时速5公里同向奔跑,那从地面上测得的你的速度就一定是时速65公里,但这个逻辑并不适用于光速。
一束光无论是在地面上,还是在宇宙飞船中,测量者也无论是在哪里,测得的光速永远是一个固定值。这简直太荒谬了,但却被无数实验验证是正确的。
许多科学家认为,光速中包含着两个概念,时间和空间,如果我们解开了光速不变的秘密,或许就能揭开时间和空间的真相。四、光子静止质量为零。
根据狭义相对论的质能方程,光子如果想在真空中达到光速,静止质量势必为零,但这个结论在科学界一直没有达成共识,直到希格斯玻色子的发现。
根据 希格斯机制 ,粒子质量的获得是由于和希格斯场发生了耦合现象,光子因为不和希格斯场产生相互作用,所以没有质量。
希格斯场貌似解决了各粒子的质量问题,但又出现了一个新问题,就是为何光子不和希格斯场耦合?
这个问题目前还没有答案,科学家们正在探索中。
爱因斯坦去世已经半个多世纪,但当今科学界对于光的理解,并没有进步多少!
好了,今天的分享就到这里,关于诡异的光现象,你有什么看法,请在评论区留言,下次见!
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