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静止质量为零:有还是没有?
2017-10-24火星五号

静止质量为零:有还是没有?

光子的静止质量为0。所谓静止质量,就是指物质相对于某惯性系静止时的质量。而光是永远不会静止的。光在真空中永远以光速c(29.9792458万km/s)运动,在其他介质中速度会减小,但它不会静止,一旦静止就意味着被别的物质吸收。

你绝不会捕捉到一个静止的光子,为什么呢?因为爱因斯坦提出,光子的静止质量为零,它只有运动质量。

在相对论中,物体的质量是随运动速度而变化的,如果一个物体的静止质量不为0,那么它达到光速时,运动质量就会变得无穷大,所以只有光子这种静止质量为0的粒子才能以光速运动,其他所有物体的最大运动速度都不会超过光速。

根据E=mc2=hν,可以得到光子的运动质量m=hν/c2,也就是说,对于不同频率的光,其光子的质量也是不同的。这真是令人难以理解,静止质量为0,光子到底存不存在呢?运动质量不同,这个质量又是怎么产生的呢?

这个问题也许只有从E=mc2来寻找答案。这个狭义相对论中最有名的公式,揭示了质量和能量的转化关系。用爱因斯坦的话来说,就是:

“能量就是质量,质量就是能量。”

能量直接转变为质量产生光子,所以光子是从无到有,因而没有静止质量。但是能量又是怎么产生的?光子是一产生就以3×105km/s的速度运动,还是有个从0到3×105km/s的加速过程?

以现有理论来看,光子是不可能有从0到3×105km/s的加速过程的,所以光子一产生就以光速运动,它是怎么做到的呢?

2007年,法国物理学家已经设计出一种能够捕获光子的装置,这种光子捕获仪可以捕捉单个光子。这种装置里有一个空腔,空腔里是反光能力极强的超导镜子,能够在0.14s的时间里捕捉并监控一个光子。别小看这0.14s,在这段时间内,一个自由的光子可以完成从地球到月球大约十分之一的距离。

可是即便如此,谁又敢说人类已经真正认识了什么是光子,什么是光呢?人类在光子面前,看来还得吟出屈原的那句诗:“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。”



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