相信大家都知道,當速度達到音速時會有一個屏障,一旦突破這個屏障,就會產生音爆,在這裡咱們把音爆圈一下,這是知識點,其實音爆就像我們在綜藝節目上看到的,歌手透過高音,隔空讓一個玻璃杯爆炸,這就是他的聲音的速度達到了音速,最終在玻璃杯上顯現出來的音爆過程。依照這樣的原理,那我們的速度達到光速是不是也會有一個屏障呢?突破這個屏障是不是也會形成一個類似於光爆的現象呢?
對於我們剛才的問題,首先給出答案:速度超過光速之後,確實會出現類似於音爆的圓錐光爆現象,而這個光爆則會產生神奇的藍色光芒。那這又是怎麼回事呢?
眾所周知,光速是無法超越的,那這個超光速又是如何辦到的呢?我們在高中學過,光速在真空中的速度是每秒29萬9千公里,接近每秒30萬公里。包括我們在學習物理知識或者科學知識,在代入光速計算的時候我們都會粗略的用每秒30萬公里的數值進行計算。這個速度是目前已知的速度極限,任何有靜質量的物體都是無法達到光速的,更別說超越光速了。但是,這其中有一個限制條件,大家不能忽略,這個速度極限說的是真空中的速度極限。而當光在有介質的空間中傳播時,速度是會慢下來的。這時,光的速度會由於空氣中介質的影響而變慢,因而光在介質中的速度就會慢慢變小。所以我們前面提到的超光速現象並不是超越真空中的光速,而是超越介質中光速的現象,那麼超光速現象是完全可以達到的。這是1934年,蘇聯科學家切倫科夫首次發現的,當速度超過光速的時候就會釋放出藍色光芒,也稱為這一現象為切倫科夫輻射。
這裡又要提到,為什麼是藍色的光芒,不是其他顏色的呢?要了解這個,首先我們要知道,我們平時看到的光是怎樣產生的。我們看到的光是來自原子內電子的躍遷所釋放出來的,這一知識相信大多數高中生都不陌生,接下來讓我再詳細的講解一下。我們的電子都生活在它們固定的場所,這個場所我們叫能級,電子躍遷就是電子從一個能級轉移到另一個能級,而由於維持各個能級的能量都是固定的,所以能級的變化就要吸收或釋放兩個能級之間相差的能量,才能使得電子有躍遷的條件,這個能量是以光的形式釋放的。不同能級的躍遷需要的能量不一樣,所以會釋放出不同頻率的光,不同頻率的光對應的也就是我們看到的不同顏色的光。這就好比有兩條繩子,一條是瘦子站的,一條是胖子站的,胖子想要瘦子這條繩就要減少一定的重量才能站上去,減少的重量以光的形式散發出去,不同重量便是不同顏色的光。同理,瘦子想要胖子這條繩,就需要增重才能站到胖子繩上去,增加的重量以光的形式形成,不同的重量對應的仍然是不同顏色的光。這便是的光的形成機制。
這種機制又分為受激輻射和自發輻射兩種,受激輻射就是你把胖子硬生生踢到瘦子的那條線上,就是在外部作用下,使電子從高能態躍遷到低能態,這裡發出的光比較暴躁但也統一,這就是鐳射的發射原理。而自發輻射則使在沒有外力條件的干擾下,胖子自行減重之後再去瘦子的場所,相當於電子主動由高能態躍遷到低能態,我們平時看到電燈泡發出的光就是自發輻射。而不管是受激輻射還是自發輻射,都需要電子先處於激發態,然後才有輻射的條件。所以,切倫科夫輻射出的藍光則是高速運動的帶電粒子使水中原子吸收能量,形成受激態這一過程。然後電子吸收了能量處於激發態他就要退激,也就是自發輻射,這時由於退激過程,釋放出的光的能量處於藍色光的頻率,所以在我們看來,它就釋放出了藍色的光,這就是超光速現象切倫科夫輻射。