1951年,愛因斯坦在給他的好友貝索的信中,曾極度傷感地說過這麼一段話:
“什麼是光量子?50年來我一直在認真思考着這個問題,可是哪怕連一步都沒有接近答案。眼下像湯姆、迪克和哈利這樣的人,都以為他們了解光量子,其實全都是錯的!”
“湯姆、迪克和哈利”是誰呢?他們就是“張三、李四和王五”。愛因斯坦沒有指名道姓,但卻囊括了所有人。
我們知道,愛因斯坦因為用“光量子”概念成功解釋了光電效應而獲得了1921的諾貝爾物理學獎,但在30年後,他卻坦言,自己從來都沒有真正理解過光子是什麼?
光真的有這麼難理解嗎?竟然困住了代表着人類智力巅峰的科學天才?
為了深刻理解光的神秘和詭異,今天我們就盤點下關于光的4個,現今科學依舊無法解釋的現象,看了這篇文章,你勢必會對日常所見的光有一個全新的了解!
一、光的部分反射現象。衆所周知,光的本質就是電磁波,但同時具有粒子性。在日常生活中我們經常會見到,當一束光射入玻璃表面時,有一部分會發生反射現象,而另一部分會折射穿過玻璃,那麼,反射光和折射光的比值是多少呢?
諾獎獲得者理查德費曼在他的一次公開課中曾描述過這樣一個實驗,讓一束單色光按照特定角度射向一塊玻璃,在玻璃内和玻璃外光反射的路徑處各放置一個光接收器捕捉光子,以此來确定光的入射量和反射量。
最終的實驗結果是,每射出100個光子,大約有96個光子被玻璃内的接收器捕捉到,而隻有4個會被玻璃外的接收器捕捉到。
簡單說,光的入射率96%,反射率4%。
那麼問題就來了,作為單個光子,在射入玻璃表面的瞬間,它是如何決定該入射還是該反射的,如果光很任性,一切都是随機行為,那為何入射率和反射率又是确定的?
對此,科學家給出的結論是,我們永遠無法解釋單個光子的行為,我們隻能确定一束光在特定入射角度下的反射概率值!
二、光詭異的偏振現象。我們知道,波動有橫波與縱波之分,振動方向與傳播方向相同的是縱波,反之;振動方向與傳播方向垂直的就是橫波。光是電磁波,電磁波是由互相垂直的電場磁場産生的,因此,光屬于橫波。
橫波有個特點,就是在傳播過程中,隻能通過與自己振動方向一緻的狹縫。如果狹縫的方向是水平的,而某束光的振動方向是垂直的,那麼這束光就無法通過該狹縫。
這裡問題就出現了,如果光僅僅具有波動性,之前的邏輯沒毛病,但光還具有粒子性,如果我們逐一地向狹縫發射單個光子會怎樣呢?
實驗結果是隻要光的振動方向和狹縫的方向是垂直的,光就無法通過,這就太不可思議了,這就類似你向栅欄扔石子,栅欄口是豎着就可以扔進去,但橫着就扔不進去,即使石子的大小遠遠小于栅欄口。
但更絕的還在後面,如果我們把水平狹縫旋轉45度,還是之前的那束光,就會有一半的光子能通過,一半的光子無法通過;
如果把狹縫再次旋轉一個角度,那束光會自動調整通過的概率來匹配狹縫角度,這簡直無法理解,光子仿佛有意識,能夠識别狹縫的角度,而且還時刻互通着消息,你發出100個光子,在45度的狹縫中,通過與被擋住的光子數正好各是50。
光的偏振現象使許多科學家都傷透了腦筋,但最終也沒有合理的解釋。
三、光速恒定不變。根據傳統認知,運動都是相對的,火車的時速是60公裡,你在車頂以時速5公裡同向奔跑,那從地面上測得的你的速度就一定是時速65公裡,但這個邏輯并不适用于光速。
一束光無論是在地面上,還是在宇宙飛船中,測量者也無論是在哪裡,測得的光速永遠是一個固定值。這簡直太荒謬了,但卻被無數實驗驗證是正确的。
許多科學家認為,光速中包含着兩個概念,時間和空間,如果我們解開了光速不變的秘密,或許就能揭開時間和空間的真相。
四、光子靜止質量為零。根據狹義相對論的質能方程,光子如果想在真空中達到光速,靜止質量勢必為零,但這個結論在科學界一直沒有達成共識,直到希格斯玻色子的發現。
根據希格斯機制,粒子質量的獲得是由于和希格斯場發生了耦合現象,光子因為不和希格斯場産生相互作用,所以沒有質量。
希格斯場貌似解決了各粒子的質量問題,但又出現了一個新問題,就是為何光子不和希格斯場耦合?
這個問題目前還沒有答案,科學家們正在探索中。
愛因斯坦去世已經半個多世紀,但當今科學界對于光的理解,并沒有進步多少!
好了,今天的分享就到這裡,關于詭異的光現象,你有什麼看法,請在評論區留言,下次見!
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