光是否总是以同样的速度运动？( 二 ) _小知识

图片：University of Iowa
不同的光子具有不同的能量，这也意味着它们的电场和磁场以不同的速率振荡。虽然所有不同类型的光在真空中都是一样的，但在任何介质中这些速度都是不同的。白光（由所有的颜色组成）通过一滴水或棱镜，更高能的光子会比低能能量的光子慢，导致颜色分离（如上图三棱镜分离白光）。

主要的（最亮的）和次级（外）彩虹是由于阳光与水滴的相互作用，而其余的彩虹则来自于下面水中的额外反射。由于不同能量的光子通过介质（在这种情况下（水））不同的光速，颜色分离。图片：Terje O. Nordvik via NASA's Astronomy Picture of the Day
这就是光通过水滴形成彩虹的方式，因为不同能量的光子与介质中的带电粒子相互作用（并以不同的速度慢下来）。

水滴的多重反射光会使光线以不同的角度分开，红光移动得更快，紫色的光在水中较慢移动。图片：Science Learning Hub / public domain
重要的是要记住在所有这些情况中光本身没有任何变化。它没有失去能量，它没有改变它的基本性质，它不会转化成别的东西。所有的变化就是围绕它空间介质。当光线离开介质回到真空中，它就会以真空的速度移动：299792458米/秒。事实上我们对距离和时间的定义“米”或“秒”来自光本身。原子可以吸收或发射光，这取决于原子转换过程中的电子。（这里要注意：从介质中出来前到真空中时光的速度虽有差别但并没有加速这个过程。换句话说：对于光没有加速度这种概念）

不同能量下的跃迁。图片：A. Fischer et al., The Journal of the Acoustical Society of America (2013)
铯是元素周期表中的第55个元素，是一个单一的、稳定的、中性的原子拥有55个电子。前54个电子通常生活在能量最低的状态，但第55个电子有两个可能的能量等级，它可以非常接近。如果它从稍高一点转变为稍低一点的，那么能量就进入了一个特定的，定义明确的能量的光子。如果你取9192631770个光子的周期，这就是我们定义一秒的方法。如果你以30.663319周期传播（9192631770除以299792458）的距离，得到一米的定义。
这告诉我们一个非常深刻的定律：只要是相同的原子在宇宙的任何地方且不论何时何地我们在宇宙中，我们都可以定义的时间，长度，和光的速度是不改变的。

无论我们远望遥远的宇宙，原子性质，以及我们对长度、时间和光速的定义，都是完全一样的。图片：NASA, ESA/Hubble, HST Frontier Fields
所以你学到了什么？总结一下吧：
1、光无论能量多高或低，总是以光速运动，只要它在真空中旅行。
2、你对自己的运动或光线运动所做的任何事都不会改变这种速度。
3、通过将光传递到非真空介质中，你可以改变它的速度，只要它在介质中。

光是否总是以同样的速度运动？( 二 )

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