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两者到底有什么关系,光子没有什么质量

来源:整理 时间:2022-04-11 13:39:16 编辑:科技知识 手机版

光子有质量吗?

光子有质量吗

爱因斯坦将经典电磁学中相对于物理背景的光速不变,扩展至任意参照系。由光速不变现象提升为光速不变原理,进而建立了狭义相对论。如此一来,光速相对于能量和空间的相对不变(速度差与速度之比趋近于零),改变为光速相对于上述两者的绝对不变(速度差等于零)。相应的,将原本光子的静质量近似为零,改为定义光子的静质量等于零。

然而,静质量为零的物体是不存在的。类似于,如果没有任何东西可吃,那么吃的动作就不存在。自然界的本质是运动?‍♀️,而没有静质量的运动是不存在的。任何物体,其静质量都是介于零至无穷大之间的有限数值。根据估算光子的静质量约为10-41克,只有光子的静质量大于零,光速才是一个有限的速度,才能够获得相对于量子空间的势能。

任何物体,其外在的能量都有两种存在形式,其一是相对于自身的动能,其二是相对于空间的势能。光子也不例外,同时具有动能和势能。只是,因为光子的静质量非常小,致使其动能远低于势能,表现为光速不变。当空间效应由于物体状态的改变而变化时,如高速运动,物体的能量会在两种不同的能量形式之间发生部分地转化。比如,光子的运动红移,就是为维持其相对于空间的势能,而提高动能(速度)降低势能(频率)。

因为,光速是光子维持其相对于空间势能的速度。认为光子静质量大于零的另一个理由是,光子的本征参量即光子的角动量普朗克常数h大于零,而且具有不变性和不可分割性。前者表明光子含有质量,后者则说明该质量为与光子状态无关的静质量。综上所述,光子是有静质量的,这既是量子的普朗克常数h所确定的,也是光速不变的物理机制所要求的。

光子有质量吗?是怎么计算的?

光子有质量吗是怎么计算的

光子是一种不可再分的量子,简称光量子。光子是电磁波的基本载体,其运动特征有波粒二象性,光子即是粒子的状态,又会是波动的状态。光子是可以自发辐射和受激辐射产生。而光子一旦产生就压根无法停止,直接就是以光速飞行,停都停不下来那种。即便是以光速飞行的光子,科学家还是可以测量它的质量的。光的质量严格意义上来说,分为静止质量和运动质量。

光子的静止质量为零。在这里或许有个误区,光子的静止质量为零是根据相对论的相关公式推导出来的。而不是因为光子无法静止,所以就没有静止质量,所以静止质量为0。虽然你也可以这样理解,但是光子质量的推导过程并不是这样的逻辑。那么你可能就疑惑了,既然光子的静止质量为0,为什么它还具有质量和速度以及能量啊?其实你常常听到光子的质量是以光速运动起来的相对论质量。

事实上光子有能量,它的能量是E=hv(v为频率,h为普朗克常数),也就是说,你只要知道光子的运动频率就可以求出光子的能量。同时我们还知道质量和能量是同价的,也就是利用质能方程E=mc²。你可以先根据第一个公式把光子的能量算出来,然后再把得出来的能量值代入质能方程中,这样就只有质量这个未知量了,求解就得出了光子的运动质量了。

光子没有质量?为什么能推动物体?

光子没有质量为什么能推动物体

静止光子没有质量,但它拥有能量和动量,有动量就能推动物体。当然,也有人会说,光子没有静止质量,但它拥有相对论质量。这可以通过两个公式来体会。首先光子的能量公式是:E = hf (h是普朗克常数,f是光的频率)然后再按照爱因斯坦著名的质能方程是:E = mc^2结合这两个公式就可以推导出,可以推导出光子的运动质量,也就是所谓的相对论质量。

但其实,按照麦克斯韦的电磁理论,电磁波本来就带有动量——光子也是一种电磁波——只要有动量,动量就可以发生转移,因此光子就能够产生出辐射压(电磁辐射)。图示:P是光子动量,h是普朗克常数,λ是波长。波长越短的光子,动量越大。如何测量光压或辐射压?早在1619年,天文学家开普勒,就用想象中的辐射压力来解释彗星的尾巴为何总是远离太阳,从来没有出现过,彗尾对着太阳的彗星。

图示:彗星围绕太阳的运行时,彗尾总是远离太阳,这需要一个特别的解释。当彗星被太阳加热后,产生的挥发性气体构成了彗尾。但彗尾总是远离太阳,需要一个解释,开普勒认为,这是由于光具有某种压力,推动着彗尾远离太阳,而且这种压力一定大于太阳对彗尾中那些挥发性物质的吸引力,所以彗尾才总是远离太阳。顺便说一句,当所有挥发性物质都被蒸发后,彗星就变成了小行星。

图示:1865年,儒勒·法尔纳的科幻小说《从地球到月球》中,率先推出想象中的太阳帆技术,看来法尔纳赞同开普勒的猜想,而且率先想到了它的潜在用处。当麦克斯韦写出他的电磁方程式后,电磁方程说光拥有动量,这也就意味着,光照射到物体上时,只要不是完全透明的物体,当光子从该物体表面被反射时,那就会产生辐射压力。

但仅仅理论推导是不够的,还得用实验来证明辐射压或光压是真实存在的。1900年,俄国物理学家找到了测量光压的办法,在1900年的巴黎世界物理学大会上,彼得·列别捷夫宣布了他的辐射压测量实验成果。这项实验也成为第一个定量验证麦克斯韦电磁学理论的实验,事实证明麦克斯韦的电磁理论靠谱,从此它就成为指导人们利用电磁波给人类谋福利的核心理论。

太阳帆研究现状图示:NASA的太阳帆设想图太阳能发电不稀奇,不管是在地球上还是太空里,许多卫星、月球或火星上的漫游车,都在使用太阳能发电。但直接用太阳光的辐射压力来进行星际航行,目前依然处在研究阶段。太阳帆最大的问题在于,随着离太阳越来越远,能够接受到的光压也越来越少,它不适合星际航行,只适合在太阳系中搞事,而且是在内太阳系中搞事。

根据相对论,物体的速度越大质量越大,为什么光子却几乎没有质量?

经典力学是一个乎略空间效应的理想物理理论。当人类的认识范围超出宏观尺度时,经典力学与现实世界的差异就显现了出来。比如,在高速情况下,空间强度变大,使物体的外在能量由动能的形式过渡到势能的形式。类似赤脚?滑水运动,原本人是不法站在水面上的,但速度却使水变硬,从而使人站在了水面上。所谓动质量,是在忽视空间的情况下,用动能概念替代势能概念即用质量的提高替代势能的增加。

所以,物体因速度的提高增加动质量,本质上就是物体因速度的提高增加了相对于空间的势能。根据有机的量子宇宙景观,宇宙是由量子构成的,量子有两种不同的状态,其一是离散的量子,其二是由高能量子组成的封闭体系。质量就是关于被封闭的能量。所以,单个量子和量子的封闭体系是不同层次的物体,单个量子的质量远远小于量子封闭体系的质量,因为后者屏蔽了高能量子的能量。

当物体高速运动时,其加速度会越来越困难。这是因为物体相对于空间的势能越来越大,所以在高速情况下,速度是维持相对于空间势能的速度。套用到光速,其定义是,光速是光子为维持其相对于空间势能的速度。由于光子是基态量子的激发去,仍属单个量子,其静质量最小,所以光子需要较大的速度才能够维持其相对于空间的势能。至于作为封闭体系的物质,由于其具有较大的静质量,因而不需要很大的速度就能夠维持其相对于空间的势能了。

如果再进一步增加速度,一方面会导致空间势能的急剧增大即所谓的动质量增大,从而阻碍了进一步的加速;另一方面,由于物质是封闭体系,进一步加速实际上是在利用空间挤压该封闭体系,使之解体为单个的量子。总之,动质量的增加实际上是相对于空间势能的增大;高速运动是维持空间势能的速度;光速最大是因为光子的静质量最小。

按照常识理解,凡事客观存在的物质都应该有质量,为什么光子没有?

謝謝邀請!質量是什麽?什麽是質?什麽是量?光子是什麽?什麽是光?子是指很小很小的點?有很小很小很很小的體積?耍用10的負多少次冪才能精確度量?負128次冪夠嗎?耍不耍用10的負250次冪來表達(調侃!)?如此看來,人們在數學,物理(自然科學的一部分),和自身的認知能力(哲學),這個等邊三角形內產生了自旋(引起頭暈眼花?),如果非要問光子的質量是否是零?那就首先要弄清楚所謂“1克”的氫氣裏含有多少個質子?多少個中子?多少個電子?還沒完!每個質子中有幾個上誇克和下誇克?中子中有多少誇克?電子雲所佔空間要不要也考慮其中,如能把上面的這些問題都用數字清楚地標量出來,最後與所謂標定的1克比對,差出的那很很小的部分,就說是光子的質量!例如,是10的負251冪,這種可能性是存在的!所以在下認為去討論光子的質量問題遠不及探測光子的精準速度來得重要!而這又涉及到數學的終極問題,數學與數位的關繫問題!最大(最小)數究竟耍用多少bit位來表述,才能滿足對我們所存在的這個物理世界進行精細地量化?普朗克尺度就夠精細了嗎?壹家之言,僅供參考!。

光子没有静止质量,这个静止是相对哪个参照系呢?是否存在绝对静止状态呢?

光子没有静止质量,因为光是万能的,照耀在人间闪耀着光辉,发光发热散布在每个角落。随着位置变换这束光会在某个地方短暂停留,发射出柔和又微柔的光亮,让人感到新奇光的力量伟大又神圣。它能带给我们温暖,看到光亮更让我们想到了希望,光就像种子在大地在我们心中生根发芽,终有一天能结出硕果,开岀璀璨娇艳的花朵来。这个静止相对那个参照系呢,是否存在绝对的静止壮态呢。

光子有动质量但没静质量,原因是光子不能停止,试问地球也在永恒运动为何有静质量?

您把因果关系搞反了,不是因为光子不能停止所以没有质量,而是因为光子没有质量,所以不能停止。地球有质量,既可以运动,也可以不运动。地球的确是在运动,这是由于地球处于太阳的引力场中,是地球运动的速度产生的离心力抵抗住了太阳的引力,所以地球才没有直接掉落到太阳上,这是牛顿给出的解释。那么地球能否绕着太阳永恒运动?如果在牛顿的引力理论的框架内讨论,而且只考虑地球和太阳之间的引力作用,也不考虑太阳和地球各自的演化会产生的各种效应,那么地球的确会绕着太阳永恒运动。

但是如果在广义相对论的框架内考虑这个问题,即使也不考虑其它因素,由于地球绕太阳运动会产生引力波辐射,地球最终还是会撞到太阳上而结束运动。如果考虑太阳的演化,那么在地球通过引力波辐射撞到太阳之前,太阳就会在变成红巨星的过程中吞噬地球。最后,您大概知道“运动的相对性”原理。比如,您坐在平稳运动的高铁里面相对于高铁就没有运动,尽管你相对于地面的速度很高,因此我们在地球上也很难感受到地球的运动,地球相对于我们就是静止的,这就是地心说能够统治了人类的宇宙观两千多年的原因。

但是,对于光,即使你以非常接近光速的速度追着光运动(当然由于你有质量,你的速度不可能达到光速),光相对于你的速度仍然不变,这就是狭义相对论的光速不变假设,已经得到了大量的实验和观测的证实。因此,光是永恒运动的,而且永恒以不变的速度运动,无论观测者的速度是多少。声明:由于太忙,我没有时间读我回答后面的评论和发给我的私信,当然也无法回答评论里面提出的问题和回复私信。

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