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相对论里:物体速度接近光速质量会无限,那么光子的质量为什么不是无穷大?

这个问题问的好 ! 对这个问题的深入解答将让你收获许多知识

提问者明显是把光子质量如何计算的因果关系搞错了。光子的质量分为静止质量和运动质量,题目说的质量指的是运动质量,静止质量不是直接测量出来的,而是理论上反向推算出来的。


你知道光子是怎么来的吗?光子的质量是怎么计算的?如果把这两个问题搞清楚了,题主的疑惑就会烟消云散。那么我将一一解答!

光子是电磁作用的传播子,没有光子,就没有电磁波。光子的诞生肯定是来源于微观世界。

光子的产生大体可以分为两种方式:

原子核外的电子自己受到了外来能量刺激而释放 (受激辐射)


②电子从高能级跃迁到低能级而主动发出光子(自发辐射)

光子是基本粒子,不可再分,所以也称光量子。光子一旦出生就必须以光速运动,压根就停不下来。现在有中国科学家试图让光子停下来,但是停下来的光子物理性质就变了,它将会变成其他属性的未知粒子。目前为止,没有任何国家的研究团体让光子能停下来,但可以肯定:停下来的光子将不再是光子!


说到这里,你就知道光子多么任性了! 一出生就以光速飞行,即便停下来也将改变物理属性,真有 宁为玉碎,不为瓦全的英雄气节!

光子首先是物质,是物质就有质量,那么光子的质量到底是怎么测量的? 我们一般情况下测量某种物质的质量,就是等它静止下来再测,因为这样很方便啊。可是人家光子停不下来啊,你根本找不到静止的光子,但这可难不倒物理学家!

有相对论和量子力学在此,测量你个光子的质量岂不是玩一样。首先祭上普朗克的公式E=hv

h是个常数,v代表光子的频率,E则是光子的能量。那么想知道光子的能量,只需知道它的频率即可。

光子的频率测出来后,就知道了其蕴藏的能量大小E了。而且我们还有爱因斯坦的质能方程啊,质量方程告诉我们,质量和能量是等价的,它们之间可以互换。质能方程E=mc²,E是物质的质量,c是永恒不变的光速。那么把第一步算出来的光子能量E代入质能方程中,就可以解出来光子的质量。其实这时候解出的光子质量是运动质量也称相对论质量。

狭义相对论的质量膨胀效应又告诉我们,一个有静止质量的物体,其运动速度不可能超过光速。既然光子这种物质可以光速运动,也就意味着它没有静止质量,也就是说它的静止质量必须为0

实在看不懂的话,直接带入公式吧,你自己算一下,光子的静止质量就出来了了。

公式中,m为光子的运动质量,v为光子质量也就是光速,算出来的答案是没有意义的。其实结果也就告诉我们,没有静止下来的光子!

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