光与声有不解渊源?

对着山谷喊话 , 会听到重复的回声 , 持续几秒到几十秒 。 但让人想不到的是 , 光竟然也会有类似回声的返光现象 , 光的返光能持续几百年!最惊人的是 , 返光传播速度有时是超光速的!

声音是声波 , 需要物质来传播 , 速度很慢;光是电磁波 , 不需要物质传播 , 速度极快 。 但是 , 这两种截然不同的波 , 表现有时却很相似 。
【声音有音障 , 光也有“光障”】
声音在空气中的传播速度约是340米/秒 , 当飞行器的速度接近这个速度时 , 将会逐渐追上自己发出的声波 。 飞行器前面的声波和空气分子来不及散开 , 从而被挤压得较致密 , 与飞行器激烈冲撞 , 产生圆锥形剧烈冲击波 , 进而产生巨大的噪音 。 这种剧烈冲击是飞行器加速的很大障碍 , 这个障碍与音速有关 , 所以称为音障 。
也许你想不到 , 光的世界里也存在类似音障的“光障”(科学上叫做“切伦科夫辐射”) 。 当电子等带电粒子在不带电的物质中穿越时 , 如果速度超过光在介质(这里指光所经过的物质)中的速度 , 就会出现奇妙的现象 。 例如:水中 , 光的传播速度是真空光速(C)的3/4 , 那么3/4C就是水的光障 , 如果有一个电子以大于3/4C的速度穿过水 , 水中就会出现圆锥形的蓝色闪光 , 这蓝色闪光始终位于电子的前方附近 。 就像飞行器超过音障时制造圆锥形冲击波一样 , 电子超过光障则会制造圆锥形蓝光!
这很奇妙啊?为什么会这样?原来粒子以大于介质中光速的速度穿行时 , 会对介质中的电子产生极大的冲击 , 导致电子轨道的改变 , 当电子重新回到稳定状态时 , 就会释放出光 。 这同时会大大消耗穿行粒子的能量 , 使粒子速度降低 。 因此 , 介质中光速是粒子穿行的光障 。
有意思的是 , 粒子超越光障所产生的光并不是荧光 , 荧光只有一种波长 , 而这种光是可见光波段和紫外线波段都有 , 其中波长越短的光所占的比例越大 , 也就是 , 粒子突破光障产生的光以紫外线为主 , 短波的紫光和蓝光占可见光的比例较大 。 但由于人眼睛看不见紫外线 , 对紫色光也不敏感 , 而接收到的蓝色光又较多 , 于是在人看来 , 粒子突破光障发出的光就是蓝色的了 。
这种现象在核反应堆或粒子加速器附近常见 , 由于核反应过程中会释放出速度极高的电子 , 电子速度高到超过了光在空气中的速度 , 反应堆周围就会发出蓝光 。 蓝色光强度可以显示出核反应的强烈程度 。
这个现象经常用于估测带电粒子的速度 , 由于光在一些物质中的传播速度是已知的 , 让带电粒子穿过这些物质 , 看它是否发光以及发光的强度 , 例如光在一种玻璃中的传播速度是2/3C , 光在水中的传播速度是3/4C , 如果电子穿过玻璃时发光 , 但穿过水时不发光 , 那么电子的速度就大于2/3C , 小于3/4C 。
【另一种“光障”现象】
还有一种情况的光障现象 , 就是不带电的粒子在带电的物质(例如各种盐类)中穿越时 , 如果速度超过介质中的光速 , 也会出现另一种奇妙的现象 。 一些电荷会飞速飞出 , 电荷的运动又激发出射电或微波范围的电磁波 。

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