如何證明光子的靜止質量為零?

獨行客145341126

答:光子靜止質量為零是理論結果,科學家也有進行一些實驗,來給出光子靜止質量的上限,但是要從實驗證明絕對為零,目前是達不到的!


光子質量為零,是量子電動力學一個很重要的結果,理論要求光子的靜止質量絕對為零。

而實驗只能給出光子靜止質量的上限,目前最精確的數據為:

在2003年,中國科學家測定的光子靜止質量上限為10^(-54)kg,也就是說光子的靜止質量,不會超過這個數值。

至於用的什麼方法,我不是很清楚呢!



理論上,可以測量光子的運行速度,來得到光子的靜止質量。


因為光速是宇宙的最高速度,其中的“光速”和“光子的傳播速度”是有區別的,我們精確測量光在真空中的傳播速度,對比是否嚴格等於極限速度,就能得知光子的靜止質量。

因為狹義相對論中,靜止質量不為零的物體,是達不到“光速”的,如果光子的傳播速度略低於極限速度,那麼就說明光子的靜止質量不為零。



但是問題在於,我們的極限速度,不能取我們測量的光速,我們可以利用電磁學方程,通過介電常數來計算光速,再來和光子的傳播速度對比,不過這個辦法操作性極差,因為介電常數的數據,本身就有誤差。



還有,我們可以測量光子,看光子的運動是否嚴格遵循“光速不變”,因為只有達到極限速度,才會嚴格遵循

“光速不變”。如果光子嚴格遵照光速不變,那麼就能肯定光子沒有靜止質量。





艾伯史密斯

愛因斯坦的狹義相對論表明,沒有靜止質量的物體,它們的運動速度為光速,而且也只能以光速運動。由於光子總是以光速運動,而且永遠不會靜止,所以光子的靜止質量必定為0。對於擁有靜止質量的物體,它們的運動速度是不可能達到光速的,因為物體的運動質量會隨著速度的增加而變大,狹義相對論給出瞭如下的公式:

其中,m是物體的運動質量,m0是靜止質量,v是速度,c是真空中的光速。

當速度無限趨於光速時,上式的分母也無限趨於0。如果物體擁有靜止質量,即m0≠0,則m0/0將會趨於無窮大,所以不可能會達到光速。然而,光子的速度達到了光速,表明光子的靜止質量必然為零,這樣上述的極限變為0/0型不定式,其結果可以是某個有限的數值。這樣的結果是符合實際的,因為光子確實擁有一個有限的運動質量,而非無窮大。根據光子能量的計算公式:E=hf

其中E是光子能量,h是普朗克常數,f是光子頻率。

另外,根據質能方程:E=mc^2

從而可得:E=hf=mc^2

即,m=hf/c^2

由於h、f以及c都是有限的數值,所以光子的運動質量是有限的,這就證明了光子的靜止質量必定為零。

此外,我們還可以換種方法來證明光子的靜止質量為零。首先,與上面一樣,我們可以得到:m=hf/c^2

光子的頻率與速度v和波長λ存在如下的關係式:f=v/λ,把它代入上式,可以得到如下的關係式:m=hv/(λc^2)

此外,根據物質波的關係式:λ=h/(mv)

這裡我們所要求出的結果是光子的靜止質量,那麼,這意味著光子的速度為0,所以λ=h/(mv)趨於無窮大,從而m=hv/(λc^2)趨於零。因此,光子的靜止質量為零得到證明。


火星一號


上帝從不胡弄人

光子的靜止質量為零的說法,無法解釋光子的產生過程。因為如果光子的靜止質量為零,它的靜止能量必定為零。那麼就會得到:(光子產生前既沒有質量,也沒有能量;光子產生後就有了能量。)這實在是一個荒唐的結論!這裡質量還守恆嗎?能量還守恆嗎? 竊以為光子的靜止質量不為零,而運動質量為零。光子的能量是由靜止質量轉化而來。現有物理學的事實證明:大家都知道,正負電子對相遇時會發生湮滅,生成伽瑪光子;相反的過程也能發生,能量為1.02兆電子伏的伽瑪光子在經過原子核時,能轉化為一對正負電子。這裡,正負電子的質量就是伽瑪光子產生前的質量,伽瑪光子的能量就是由正負電子對的質量轉化而來。這並不違背什麼定律,只須承認質量和能量之間可以發生相互轉化,就能很好地解釋上面的現象。在前一個過程中,是正負電子對的質量轉化成了伽瑪光子的能量,後一個過程,是伽瑪光子的能量又轉化成了正負電子對的質量。所以,我認為,光子只有靜止質量,而沒有運動質量。光子包括所有的電磁波,只有能量屬性,沒有質量屬性。電磁波是純能量。我認為質量和能量之間能夠發生相互轉化。不知正確與否,請親們批評指正!


春崔桃李

光子的靜止質量為零是老愛自園其說。實際上他把光遇到大質量星體出現的引力而彎曲現象現解釋為空間的彎曲。.從而繞開了光子具有靜止質量這一事實。事實上光子有了靜止質量那麼就存在光反射過程中加速到光速的問題的解釋。我們知道電子以光速圍繞原子核旋轉。當光子打至電子軌道上原來以光速圍原子核運動的電子就升級為光子而飛出。只是園周運動變成了直線運動。有的材料不飛出光子但會產生熱輻射。這一進一出也可以解釋當光在介質中傳播是低於光速而回到真空中又回到光速。所有的物質都是處在動態的能量和質量的平衡狀態。高能量向低能量傳送。傳送的載體就是質量。光, 電磁波 都一樣是有質量的


George238777447

光子的靜止質量的確為零,但是不是現有的公式所證明的。原因很簡單,公式不能真實反映光子的物理機理。數學公式的證明方法可能會走入死衚衕。光子絕非是波粒二象性那麼簡單,如果你打破了這個框框的限制,才有可能真正尋找到證明方法。


半知與糊塗的疊加態

質量的定義就是物質的多少,與它動不動沒有絲毫關係。所以我們要作的就是稱量它。至於用哪個公式那是科學家們的事,但方的性的東西不能動搖。方向性的東西就是它有能量,必然有質量。沒質量的能量存在是個神學問題,而非科學問題。

從光子能量大小出發研究它的質量應該是個很傳統的做法,就不用討論了吧?


飛揚46644226

真空光子靜止質量為m0=0是基於物體運動質量m=m0/(1-(v/c)²)^½的推論。因為,真空中光子以速度c運動,使得(1-(v/c)²)^½=0,所以,m0必須為0,才能使m為有限值。這是依據狹義相對論做出的樸素理解。


掠地飛翔

好像國內10多年前有個扭稱實驗,測量結果是光子靜止質量的上限為1.5E-55千克。而且,我記得看過一個說法,要是光子靜質量不為零的話,電荷守恆就不存在了(電磁學的基礎),不同頻率的光在真空速度不一致(相對論的基礎),還有黑體輻射、光的偏振態等等,估計整個物理世界會亂成一團。


晴月浩新雪

如何證明光子的質量為零?我只能給你說,現在還無法證明,因為光子是不能靜止的,質量為零隻是一個假定值,這個假定值來自於愛因斯坦的學說。但是,光子在運行中又存在動量,能量,和質量。光子在運動中產生的動量能量和質量在我們日常生活中都這個可以驗證,但卻無法驗證光子的靜止質量,這是因為我們無法讓光子停下來。當然,靜止質量為零,不是無質量。現在,就有科學家提出來,光子靜止質量不應該為零。為啥呢,光子在運動中既然有動量,又有能量,還有質量,而靜止質量為零,這不是相矛盾嗎?顯然,科學不是僵化的,是隨著人們對自然的認識逐步完善走向真理。同時,一些經典理論也並不是固化的理論,作為光子靜止質量為零本來就是一個假定值,那麼,證明光子靜止質量是不是為零還有待於科學的探討,併產生新的科學理論加一驗證了。


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