如何证明光子的静止质量为零?

独行客145341126

答:光子静止质量为零是理论结果,科学家也有进行一些实验,来给出光子静止质量的上限,但是要从实验证明绝对为零,目前是达不到的!

光子质量为零,是量子电动力学一个很重要的结果,理论要求光子的静止质量绝对为零。

而实验只能给出光子静止质量的上限,目前最精确的数据为:

在2003年,中国科学家测定的光子静止质量上限为10^(-54)kg,也就是说光子的静止质量,不会超过这个数值。

至于用的什么方法,我不是很清楚呢!



理论上,可以测量光子的运行速度,来得到光子的静止质量。

因为光速是宇宙的最高速度,其中的“光速”和“光子的传播速度”是有区别的,我们精确测量光在真空中的传播速度,对比是否严格等于极限速度,就能得知光子的静止质量。

因为狭义相对论中,静止质量不为零的物体,是达不到“光速”的,如果光子的传播速度略低于极限速度,那么就说明光子的静止质量不为零。



但是问题在于,我们的极限速度,不能取我们测量的光速,我们可以利用电磁学方程,通过介电常数来计算光速,再来和光子的传播速度对比,不过这个办法操作性极差,因为介电常数的数据,本身就有误差。



还有,我们可以测量光子,看光子的运动是否严格遵循“光速不变”,因为只有达到极限速度,才会严格遵循“光速不变”。如果光子严格遵照光速不变,那么就能肯定光子没有静止质量。




艾伯史密斯

爱因斯坦的狭义相对论表明,没有静止质量的物体,它们的运动速度为光速,而且也只能以光速运动。由于光子总是以光速运动,而且永远不会静止,所以光子的静止质量必定为0。对于拥有静止质量的物体,它们的运动速度是不可能达到光速的,因为物体的运动质量会随着速度的增加而变大,狭义相对论给出了如下的公式:

其中,m是物体的运动质量,m0是静止质量,v是速度,c是真空中的光速。

当速度无限趋于光速时,上式的分母也无限趋于0。如果物体拥有静止质量,即m0≠0,则m0/0将会趋于无穷大,所以不可能会达到光速。然而,光子的速度达到了光速,表明光子的静止质量必然为零,这样上述的极限变为0/0型不定式,其结果可以是某个有限的数值。这样的结果是符合实际的,因为光子确实拥有一个有限的运动质量,而非无穷大。根据光子能量的计算公式:E=hf

其中E是光子能量,h是普朗克常数,f是光子频率。

另外,根据质能方程:E=mc^2

从而可得:E=hf=mc^2

即,m=hf/c^2

由于h、f以及c都是有限的数值,所以光子的运动质量是有限的,这就证明了光子的静止质量必定为零。

此外,我们还可以换种方法来证明光子的静止质量为零。首先,与上面一样,我们可以得到:m=hf/c^2

光子的频率与速度v和波长λ存在如下的关系式:f=v/λ,把它代入上式,可以得到如下的关系式:m=hv/(λc^2)

此外,根据物质波的关系式:λ=h/(mv)

这里我们所要求出的结果是光子的静止质量,那么,这意味着光子的速度为0,所以λ=h/(mv)趋于无穷大,从而m=hv/(λc^2)趋于零。因此,光子的静止质量为零得到证明。


火星一号


上帝从不胡弄人

光子的静止质量为零的说法,无法解释光子的产生过程。因为如果光子的静止质量为零,它的静止能量必定为零。那么就会得到:(光子产生前既没有质量,也没有能量;光子产生后就有了能量。)这实在是一个荒唐的结论!这里质量还守恒吗?能量还守恒吗? 窃以为光子的静止质量不为零,而运动质量为零。光子的能量是由静止质量转化而来。现有物理学的事实证明:大家都知道,正负电子对相遇时会发生湮灭,生成伽玛光子;相反的过程也能发生,能量为1.02兆电子伏的伽玛光子在经过原子核时,能转化为一对正负电子。这里,正负电子的质量就是伽玛光子产生前的质量,伽玛光子的能量就是由正负电子对的质量转化而来。这并不违背什么定律,只须承认质量和能量之间可以发生相互转化,就能很好地解释上面的现象。在前一个过程中,是正负电子对的质量转化成了伽玛光子的能量,后一个过程,是伽玛光子的能量又转化成了正负电子对的质量。所以,我认为,光子只有静止质量,而没有运动质量。光子包括所有的电磁波,只有能量属性,没有质量属性。电磁波是纯能量。我认为质量和能量之间能够发生相互转化。不知正确与否,请亲们批评指正!


春崔桃李

光子的静止质量为零是老爱自园其说。实际上他把光遇到大质量星体出现的引力而弯曲现象现解释为空间的弯曲。.从而绕开了光子具有静止质量这一事实。事实上光子有了静止质量那么就存在光反射过程中加速到光速的问题的解释。我们知道电子以光速围绕原子核旋转。当光子打至电子轨道上原来以光速围原子核运动的电子就升级为光子而飞出。只是园周运动变成了直线运动。有的材料不飞出光子但会产生热辐射。这一进一出也可以解释当光在介质中传播是低于光速而回到真空中又回到光速。所有的物质都是处在动态的能量和质量的平衡状态。高能量向低能量传送。传送的载体就是质量。光, 电磁波 都一样是有质量的


George238777447

光子的静止质量的确为零,但是不是现有的公式所证明的。原因很简单,公式不能真实反映光子的物理机理。数学公式的证明方法可能会走入死胡同。光子绝非是波粒二象性那么简单,如果你打破了这个框框的限制,才有可能真正寻找到证明方法。


半知与糊涂的叠加态

质量的定义就是物质的多少,与它动不动没有丝毫关系。所以我们要作的就是称量它。至于用哪个公式那是科学家们的事,但方的性的东西不能动摇。方向性的东西就是它有能量,必然有质量。没质量的能量存在是个神学问题,而非科学问题。

从光子能量大小出发研究它的质量应该是个很传统的做法,就不用讨论了吧?


飞扬46644226

真空光子静止质量为m0=0是基于物体运动质量m=m0/(1-(v/c)²)^½的推论。因为,真空中光子以速度c运动,使得(1-(v/c)²)^½=0,所以,m0必须为0,才能使m为有限值。这是依据狭义相对论做出的朴素理解。


掠地飞翔

好像国内10多年前有个扭称实验,测量结果是光子静止质量的上限为1.5E-55千克。而且,我记得看过一个说法,要是光子静质量不为零的话,电荷守恒就不存在了(电磁学的基础),不同频率的光在真空速度不一致(相对论的基础),还有黑体辐射、光的偏振态等等,估计整个物理世界会乱成一团。


晴月浩新雪

如何证明光子的质量为零?我只能给你说,现在还无法证明,因为光子是不能静止的,质量为零只是一个假定值,这个假定值来自于爱因斯坦的学说。但是,光子在运行中又存在动量,能量,和质量。光子在运动中产生的动量能量和质量在我们日常生活中都这个可以验证,但却无法验证光子的静止质量,这是因为我们无法让光子停下来。当然,静止质量为零,不是无质量。现在,就有科学家提出来,光子静止质量不应该为零。为啥呢,光子在运动中既然有动量,又有能量,还有质量,而静止质量为零,这不是相矛盾吗?显然,科学不是僵化的,是随着人们对自然的认识逐步完善走向真理。同时,一些经典理论也并不是固化的理论,作为光子静止质量为零本来就是一个假定值,那么,证明光子静止质量是不是为零还有待于科学的探讨,并产生新的科学理论加一验证了。