可见光|光子以每秒3亿米冲击人体,为啥没感觉,光子能杀人吗?
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如果我说 , 光子是能杀人的 , 很多人可能不相信 。 如果我又说 , 每秒钟以3亿米冲击人体而没啥感觉的光子 , 并不代表所有光子 , 你信吗?那么 , 为了弄清这个问题 , 我们就一起来了解一下光子是个啥玩意 。
要弄清这个问题 , 我们先来了解一下什么是光和光子 。
光子是电磁波的媒介和载体 , 因此所有的电磁波都是“光” 。 只不过“光”有看得见的 , 有看不见的 , 我们通常说的“光”是指可见光 , 就是电磁波谱中处于380nm~760nm波段的一段很窄的电磁波谱 。 电磁波谱全波段包括无线电波(包括长波、中波、短波、微波)、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线 。 其中 , 除了可见光 , 无线电波、红外线、紫外线、x射线、γ射线都是不可见光 , 但都是依靠光子在传播 。
电磁波的能量大小以波长和频率来界定 , 波长越长 , 频率越低 , 能量越弱;反之 , 波长越短 , 频率越高 , 能量越强 。 波长好理解 , 就是每一段电磁波的长度 , 以m(米)为单位;频率就是每一秒振动的次数 , 振动一次就是1Hz(赫兹) 。
无线电波、红外线的波长比可见光要长 , 频率要低 , 因此能量比可见光更小 。 而紫外线、X射线、γ射线波长都比可见光要短 , 频率要高 , 因此属于高能光 。 伽马射线是能量最高的不可见光 , 波长短于1pm(皮米) , 也就是10^-12m(万亿分之一米) , 频率在3*10^19Hz以上 。
光速与波长、频率三者关系 。
这些光子不管高能低能 , 运动速度都是一样的 , 约30万km/s(千米/秒) , 光速和波长、频率之间的关系为:光速=波长x频率 。 这样我们就可看出 , 波长越长频率越低 , 反之波长越短频率越高 。 用公式表达就是:c=λ*f 。 式中 , c为光速值 , λ为波长 , f为频率 。
这样 , 我们得到了电磁波波长与频率成反比的结论 , 可以推导出λ=c/f或f=c/λ 。
根据量子力学不确定性原理 , 人类认识事物的最小尺度为普朗克尺度 , 这个尺度为:1.6*10^35m , 这样我们就得到了电磁波最短波长 , 不可能再有比这更短波长的电磁波 , 根据波长与频率、光速的关系 , 我们就可以计算出电磁波的最高频率及其能量 。
光子的能量 。
根据普朗克尺度得到最短波长的电磁波 , 电磁波最高频率极限为:3*10^8/1.6*10^-35≈1.88*10^43Hz 。
而光子的能量强度则与普朗克常数相对应 。 普朗克常数是一个物理常数 , 用于描述量子大小 , 以h为标记 。 在第26届国际计量大会上 , 表决通过的普朗克常量精确值为:h=6.62607015×10-34 J·s(焦·秒) 。 每一份能量子的能量值等于普朗克常数与电磁波频率的乘积值 , 表述为ε=hv 。
这样这个最高能量光子能量值:ε=(h=6.62607015*10-34)*(1.88*10^43)≈12457011882J
这是一个什么概念?每吨TNT炸药的能量为4184000000J , 这个宇宙可能达到最高能量的光子 , 其能量达到约3吨TNT烈性炸药的威力 , 这还得了?要知道我们人身上随便一个光照 , 每秒都有万亿亿个光子 , 如果都是这么高能量的光子 , 不大人没了 , 地球也早就没了 , 太阳系也早就没了 。
人类迄今发现的光子能量远远低于最高值 。
上面计算的最高光子能量 , 只是宇宙中可能存在的最高理论值 。 迄今为止 , 人们制造和捕获的光子能量远远低于这个能量值 。 最高能量人造光子是2016年科学家们在世界最大的欧洲强子对撞机中得到的 , 这个光子能量达到了750千兆eV(电子伏特) 。
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