光可以在任何介质中传播,不仅可以在空气、水等透明的介质中传播,也能在真空中传播,并且在真空中传播的速度是最快的。但在一些介质中会与介质发生反应,产生衰减。光在介质中传播时,由于光受到介质的相互作用,其传播路径遇到光滑的物体会发生偏折,产生反射与折射的现象。
光如何产生的
光是能量的一种传播方式。光源之所以发出光,是因为光源中原子、分子的运动,主要有三种方式:热运动、跃迁辐射(包括自发辐射和受激辐射),以及物质内部带电粒子加速运动时所产生的光辐射。前者为生活中最常见的,第二种多用于激光、第三种是同步辐射光与切伦科夫辐射的产生原理。
简单地说,光是沿射线传播的,光的传播也不需要任何介质。但是,光在介质中传播时,由于光受到介质的相互作用,其传播路径遇到光滑的物体会发生偏折,产生反射与折射的现象。
另外,根据广义相对论,光在大质量物体附近传播时,由于受到该物体强引力场的影响,光的传播路径也会发生相应的偏折。物理学上指能发出一定波长范围的电磁波(包括可见光与紫外线、红外线、X光线等不可见光)的物体。
光到底是什么
根据麦克斯韦电磁场方程组,光是电磁波,其本质是交互变换的电场和磁场。变化的电场会产生磁场,变化的磁场反过来又会产生电场,这样就会形成电磁波。电磁场建立的速度为光速,这就是光的传播速度。
根据量子力学,光具有波粒二象性,它们还能表现出粒子性,光被认为是由光子组成的。根据爱因斯坦的狭义相对论,光子一旦产生就会以光速运动,因为它们的静止质量为零。在粒子物理标准模型看来,光子穿过希格斯场时,不会发生相互作用,它们的传播速度不会减慢,所以能够以光速传播。
正因为如此,光的前进不需要能量。光产生之后就能以光速无限传播下去,即便光源消失也是如此,只要光不被物质吸收殆尽。要知道,宇宙在138亿年前产生的光还在空间中持续传播,未来也不会完全消失。
为什么光的传播无需介质
要知道,电场和磁场的交互变换产生了光。电场和磁场的存在都无需介质,它们可以单独在空间中存在,所以光的传播无需介质。在太空中,宇航员之间的沟通需要依靠能在真空中传播的电磁波,而不是直接喊话就行。
倘若在介质中,由于带电粒子会与光子发生相互作用,对光子进行吸收和再释放,这会导致光的传播速度看起来下降了。但事实上,电磁场的建立速度仍然是光速,只是因为受到带电粒子的影响,使光速看起来变慢了。当光子穿过介质进入真空之后,它们的速度又会变成光速。