手电筒灯光射出去会不会有我们感觉不到的后坐力?

首先,要明白光线是什么,如果目前人类文明的科学树技能没有点歪的话,认为光线是电磁波的一种,既然是波,那就有震动频率,不同的频率有不同的性质,人眼可见光是光线震动频率之中很小的一段范围,高于或者低于这段频率的人眼都看不到。按照频率从高到低排序为γ射线、紫外线、可见光、红外线。

其次,光线是如何产生的。众所周知原子由原子核和带电电子构成,电子围绕原子核运动,这个电子运动是有轨道的,类似行星轨道。当原子收到外来能量后,原子会加快运动速度。原子速度加快的宏观表现是温度上升,同时原子里的环绕电子也会吸收能量并扩大运动轨道到达高一级的轨道,科学上的称呼叫做电子跃迁,电子跃迁的同时会释放出光子,光子携带能量。需要注意的是激发光子不仅仅只有从低轨道向高轨道跃迁一种方法,只要原子吸收能量致使电子离开原来的稳定轨道发生跃迁,都会发射光子。电子从稳定轨道向低轨道跃迁也会发射光子,即生活中常见的荧光灯,温度并不高。

第三,明白了光子如何产生,就知道光子是携带能量的,那怕是手电筒电池的能量也是能量。早在1619年,天文学家开普勒就曾用太阳光的压力解释彗星的尾巴为什么背着太阳。200多年后,麦克斯韦由电磁理论算出:光正入射到黑体(完全吸收光的物体)上所产生的压强为:光压p=S/c,式中S为光的坡印廷矢量的值,c为光速。由此得出,太阳光正入射到地面黑体上的光压为p=5×10-6牛/米2。要观察光压,一般是观察光对悬挂在真空中薄片的压力。但容器中的残存气体分子在光照的薄片表面处热能较大,也会对薄片有一压力,这种效应称辐射计效应。1901年,P.列别捷夫成功地消除了辐射计效应,用实验证明了光压的存在,他测出太阳光压的值与麦克斯韦的计算结果符合!(太佩服这些科学家了,想想那时我们还在明清时期就一阵的难过,这是题外话)

光子作用到物体表面既然是有光压,那光子本身存不存在动量呢?2018年发表在《自然通讯》上的论文,实验验证了150年前麦克斯韦的猜测,光是有动量的。宏观物理理论和微观量子物理理论是有部分的重合,动量是其中之一,动量在宏观物理中是作用力与反作用力的必要条件。

最后回到问题的本身,手电筒射出的光线存在无法感受的后坐力吗?答案是由于光压和动量的确认,这个力是存在的,严谨的说作用力来源于手电筒内的反射罩杯受到的光压,具体数值很难测量,因为太小了,但不能用后坐力反作用力这种宏观物理中的名词来命名和解释,原因在如下。

这个力是灯珠形成的光线中照射反射罩杯的部分才会有,至于不经反射直接射出的光线会不会对发射源(灯珠本身)形成压力,还有待研究。比如说现在提到的无工质发动机,依靠所发射的辐射形成反作用力,都是经过一道反射步奏才形成反作用力。是不是很奇怪,发射出去的光线对照射物有光压,但对发光源本身有没有压力不能确定还需要理论研究和实践观察,而这就是微观量子物理研究的内容,有待后来者来破解这个谜题。

首先搞明白什么是后坐力?

后坐力一般用于枪械打出子弹后,枪体产生的反方向力,这是一个固定领域的称法。在物理学上这叫做反作用力。下文我们暂且将后坐力与反作用力等价来做理解。

为什么会有后坐力,其实简单点说就是物质(子弹等)向一个方向发出,会有一个加速的过程(加速度),这个过程物质本身会因为动量守恒,向反方向释放能量,于是产生了向后力,这个力就是后坐力。关键点是:加速度(速度又慢变快的过程)、有质量(重量)。

那么打开手电的一瞬间,光会不会有后坐力呢?

答案是“没有”,因为通常认为光子只是能量的载体,是一种媒介,科学上一般认为光子静止时的质量为零(如果不为零就达不到光速了)。但是,一项由中国科学家完成的新的实验表明,在任何情况下,光子的质量都不会超过10的负54次方千克,几乎可以忽略不计。

因此,师爷认为,绝对上说,光是没有后坐力的,相对的说还是有的。

如果要把光做成一种推动飞船或者其他工具的动力方式,显然不能使用,释放光着么方式,而是制造局部激光,短时间内引爆周围的空气,从而产生动力,在真空中,激光也许会引爆一些不为人所知的物质,从而产生动力吧。

2022-01-18

2022-01-18