光速是最快的,为什么光没有在空气中摩擦生热后燃烧?
你和约翰·纳什(Nash)想到一块儿去了。
对,就是那个《美丽心灵》电影介绍的那个纳什,那个让大学数学系和管院的学生头大的纳什。
先说个故事吧。
那是1948年,纳什还是普林斯顿大学的一名研究生,对物理学产生了浓厚的兴趣。他特别对爱因斯坦的理论感兴趣,并希望能够与爱因斯坦交流自己的想法。纳什认为,当粒子(例如光子)在空间中移动时,自身的引力场可能会与其他引力场相互作用,从而产生“摩擦力”。他想要与爱因斯坦讨论这个想法,看看是否能够改进量子理论。
所以他常会特意绕路经过爱因斯坦在普林斯顿大学那儿的住所,希望能有机会与他“偶遇”一下。终于在一次会面中,纳什详细阐述了他的想法,并在黑板上写下了一些方程式。爱因斯坦和他的助手凯门尼(John Kemeny)都耐心地听完了纳什的讲解。
爱因斯坦在听完之后,礼貌地建议纳什:“年轻人,你应该多学习一些物理学知识。”
“You had be study some more physics, young man.”
纳什没有立即采纳爱因斯坦的建议,他对物理学的兴趣一直持续了下去。
最终,他在这个领域并没有取得什么显著的成果。
光子与摩擦
好了,你可以关掉这个贴子了,因为下面有点枯燥。
首先,我们要放弃一个观点,那就是光子是一个“小球”。波粒二象性说光子表现得即是波又是粒子,而不是说它是一个粒子。所以,我们要先忘掉牛顿的世界观,忘掉你的生活经验。
光子与空气分子之间的作用,不能用“摩擦”来形容。当一个特定波长的光子(先允许我用“一个”来形容它)击中原子时,它不会像2个台球那样互相撞击和摩擦,而是会将光子的能量传递给电子[1],将电子踢到一个新的能级上去,当电子回到原来的位子时,一个新的光子就会产生并发射出来。或者另外一种情况,物质会留住光子的能量,也就是光被吸收并转化为热量了。
这与大气分子与飞机和飞船表面的摩擦有本质的不同(实际上,返回舱进入大气时主要的热量来源并不是大气摩擦生热,而是空气被压缩而生热,这是另一个话题了,略了)。
或者,粗暴地说,原子、分子和晶格水平上我们并不常讨论“摩擦力”,而是会讨论动能转移、分子的旋转或振动。光的辐射(热传递的三种方式之一)会加热一个物体,但我们不会说这是因为“摩擦”造成的。
打补丁
以上的讨论,只是写给对物理学没有时间深入了解的人看的。如果你想讨论早期宇宙大爆炸时的光对物质速度的减慢的影响,以及这个”摩擦“对宇宙的早期演化的影响,就不是本回答想涉及的问题了。