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比恒定不变的速度更令人捉摸不透的,是单个光子,它好似拥有意识

在科学诞生之前,我们身体的每一件事物都充满着秘密,日出日落、风雨雷电、热胀冷缩,这习以为常的一切对我们来说都蕴藏着未知,而科学诞生之后,虽然谜题一个个被解开,但我们的身边依旧存在着难以捉摸的事物,而光就是其中最典型的代表。

在光的身上,存在着很多与常识相悖的现象,事实上这些有趣的现象不仅依常识无法理解,就算是用已有的所有科学理论也难以完美解释。很多人开始对光感兴趣,是从恒定不变的光速开始的,在我们的身边,除了光以外,似乎没有任何物质的速度是恒定不变的。物体的运动速度是相对而言的,如果没有事先确定一个参考系,也就没有办法测量一个物体的速度。比如,以站立不动的观察者为参考系,火车的行驶速度为每小时120公里,而如果以一辆与火车同向行驶,速度为每小时60公里的汽车为参考系,那么火车的行驶速度则为每小时60公里。

所选定的参考系不同,物体的运动速度就不同,但这并不适用于光。

所谓光速恒定不变,指的就是相对于任何参考系而言,光速都是恒定不变的。比如,以站立不动的观察者为参考系,光速为每秒299792458米,而以与光同向行驶的汽车为参考系,光速依旧是每秒299792458米。

光速恒定不变是一件有悖于常识的事情,但并非不可理解,因为在常识上我们习惯于把空间与时间看成两件互不相关的事物,但实际上时间与空间是一个不可分割的整体,并称时空,而时空所包含的“时间”与“空间”两个属性在光的身上得到了很好的呈现。之所以相对于任何参考系而言,光速都是恒定不变的,是因为光的高速移动使得时间的流逝速度发生了变化,由于时间的流逝速度变化了,所以在不同参考系下,空间的位移才能够趋于一致。

恒定不变的速度是光的一个有趣的特质,虽然难以理解,但并非不可理解,而光的另一些特质则更加让人捉摸不透。

冬日的午后,当你坐在窗边让入射的阳光温暖的身体时,有没有想过这样一个问题,照射到玻璃上的阳光,有多少会折射穿过玻璃照在你的身上,又有多少会在玻璃上发生反射,晃到某个路人脸上?

为什么要思考这样一个看似无聊的问题呢?因为只要你思考下去,就会发现这个问题是多么的有趣。其实,照射在玻璃上的光,有多少会发生折射,有多少会发生反射,这是科学家们早就思考过的问题,而且也非常容易通过实验得到答案。

只需要让一束单色光以特定的角度照射到一块玻璃上,然后在光的折射和反射路径上分别放置一个光接收器来捕捉光子,就能够确定光的折射量和反射量了,经测量,光的反射率为4%。

当一束光照射到玻璃上后,会有96%的光穿过玻璃照射到我们的身上,而有4%的光会反射,最终晃到某个路人的脸上,这看起来似乎没有什么特别,但关键在于光不仅仅是波,它还具有粒子性,通俗一点来讲,就是一束光是由一个一个光子所组成的。假设一束光中有1000个光子,那么在照射到玻璃上时,会有960个光子穿透玻璃,而另外40个光子则会发生反射。在光的部分反射现象中,反射率是一定的,也就是说不管测量多少次,结果依旧如此,那么对于单个光子而言,当它来到玻璃上时,是如何做出选择的呢?

光是基本粒子,属于物质的最小单位,没有质量也没有体积,每一个光子都是一模一样的,那么来到玻璃上的光子凭什么能够决定自己是应该穿过玻璃,还是反射回来呢?它怎么能够保证每穿过去96个,就反射回来4个呢?但它就是做到了。

这不禁让我们感觉单个光子就好似拥有意识一般,可以根据反射率来决定自己的走向。当然了,这只是一种比喻,虽然迄今为止人类也未能彻底弄懂什么是意识,但说基本粒子拥有意识,这显然违背现有的科学认知。是不是很有趣?如果你感觉自己无论如何也参不透光的秘密,那也没有必要沮丧,其实何况是我等凡人,即便是如爱因斯坦一般伟大的科学家也同样对光的秘密感到困惑,在爱因斯坦晚年,他曾写信给他的好友贝索,表达自己对于光的困惑,从信中可以看出,爱因斯坦认为当时没有任何人真正弄懂了光量子。

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