光在真空中的(de)传播速度为每秒299792458米,且相对于(yu)任何参考系而言都恒定不(bu)变,事实上不仅是光子,任何不具有(you)静止质量的物质都能且只能以光(guang)速移动。
而对(dui)于具有静止质量的物质而言,无论它们(men)如何努力也无法达到光速。为什么呢?因为巧妇难为无米之炊。拥有静止(zhi)质量的物质在运动的过程中会产(chan)生一个与引力质量等效的惯性质量(liang),惯性质量会随着运动速度的增加(jia)而增大,当速度趋(qu)近于光速,惯性质量便(bian)趋近于无穷大,继续加速就需要(yao)无穷多的能量,而宇(yu)宙中的能量虽然很(hen)多,但并非无穷,既然宇(yu)宙中都没有无穷多的能(neng)量,又如何能够将拥有无穷大质量(liang)的物体推进到光速(su)呢。拥有静止质量(liang)的物体无法达到、更无法超(chao)越光速,这是针对于真空中的光速而(er)言的,而在现实之中,最接近(jin)于真空的环境就是宇宙了,它的平均密(mi)度仅为每立方米1X10∧-28千克,宇宙的密度很低很低,几100近真空,但也(ye)并非绝对真空。
光速为每(mei)秒299792458米,但光却很难(nan)有机会在真空中自由驰骋(cheng),大多数的情况之下,它都是在介质中(zhong)移动,而光在不同介质中的(de)速度是不同的。
com在(zai)介质中移动的光,速度被显著降低了,研究发现在折射率n≈1.33的水中,光的传播速度只有真空中的75%,这就给其它物质超越光速创造了(le)条件,于是一个(ge)在介质中超越光速的现象(xiang)就出现了,这就是契(qi)伦科夫辐射现象。契伦科夫(fu)辐射现象是目前已知(zhi)的唯一一个可以观测到的介质中(zhong)物体的超光速现象。它是在1934年由前苏联物理(li)学家帕维尔·阿列克(ke)谢耶维奇·契伦科夫所发(fa)现的,于是这一现(xian)象也因此而得名。
契伦科夫辐射现(xian)象简单来讲就是指介质中运动的物体(ti)速度超过光在该介质中速度(du)时,所发出的一种以短波长为主的(de)电磁辐射,而在介质中能够(gou)超越光速的物体通常就是(shi)指电子。
契伦科夫辐射现象是唯一(yi)可以观察到的超光速(su)现象,而且这种现象(xiang)还十分漂亮,颇具科幻色彩。如(ru)果有幸参观过核电站的启(qi)动就一定会清晰地(di)记得那漂亮的亮蓝(lan)色光辉,这就是契伦(lun)科夫辐射的典型特征,而这种亮蓝色的(de)光辉也经常被应用于各种(zhong)科幻影视作品之(zhi)中。那么这股科幻蓝光是怎么产生的(de),契伦科夫辐射辐射现象又是怎(zen)么一回事呢?契伦科夫(fu)辐射现象虽然是由物理学家契伦科夫(fu)所发现的,但当时他并未能(neng)够对这一现象产生的原因作出完(wan)美的解释,直到3年之后,也(ye)就是1937年,物理学家伊利亚·弗(fu)兰克和伊戈尔·塔姆才成(cheng)功解释了契伦科夫辐射的形成(cheng)原因,于是三人共同在21年后的1958年斩获了诺(nuo)贝尔物理学奖。
契伦(lun)科夫辐射的产生条件其实与另外两(liang)种常见的现象类似。
当船在(zai)水中航行的时候,会产生水波,当船(chuan)的航行速度很快,超越(yue)水波的时候,就会在水面形成(cheng)很大的弓形震波,这是因为船的速度太(tai)快,以至于船所产生水波无法快速(su)离开船体而产生堆积的结果。
类似的现象还有超音速(su)飞机的音爆现象。飞机在飞(fei)行的过程中会产生轰鸣,这些轰鸣声会以(yi)音速向四周传播,对于普通(tong)的飞机而言,我(wo)们并不会注意到这一点,但对(dui)于超音速飞机而言,情况就(jiu)有些不同了,由于飞(fei)机飞行的速度超过了声音传播的速度(du),所以音波无法快(kuai)速离开飞机,于是不断(duan)堆积叠加,最终形成了可见(jian)的多重震波。契伦科(ke)夫辐射现象也是如此(ci),因为电子在介质中的(de)运动速度超越了光速,所以便产生了叠加效应。
为(wei)什么契伦科夫辐射现象(xiang)会产生亮蓝色的辉光呢?这其实是(shi)一个误会,事实上大多数的契(qi)伦科夫辐射都是在紫外线波(bo)段上进行的,而紫外线是(shi)不可见的。
契伦科夫辐射的强度与介质(zhi)中电子的运动速度以及电子的(de)数量呈正比关系(xi),电子运动速度越快、数量越多,契伦科夫辐射的强度就越大,而(er)其在短波长会有较强的强(qiang)度,所以契伦科(ke)夫辐射才会在可见光波段呈现出亮(liang)蓝色。由此我们也知道(dao)了,只有带电粒子被更充(chong)分地加速之后,才会在可见(jian)光波段显现出亮蓝色的光,所以在(zai)现实之中,可观察的契伦科夫辐射现(xian)象要么产生于核(he)电站之中,要么就要借(jie)助于粒子加速器。契伦科夫辐射(she)在现实中是有很(hen)多应用的,比如可以(yi)用来探测高能粒子,这是因为进(jin)入地球的宇宙高能粒子在(zai)大气中的运动速度会超(chao)越光速,所以会产生契伦科夫(fu)辐射现象。