靜止質量為零:有還是沒有?
光子的靜止質量為0。所謂靜止質量,就是指物質相對于某慣性系靜止時的質量。而光是永遠不會靜止的。光在真空中永遠以光速c(29.9792458萬km/s)運動,在其他介質中速度會減小,但它不會靜止,一旦靜止就意味著被別的物質吸收。
你絕不會捕捉到一個靜止的光子,為什么呢?因為愛因斯坦提出,光子的靜止質量為零,它只有運動質量。
在相對論中,物體的質量是隨運動速度而變化的,如果一個物體的靜止質量不為0,那么它達到光速時,運動質量就會變得無窮大,所以只有光子這種靜止質量為0的粒子才能以光速運動,其他所有物體的最大運動速度都不會超過光速。
根據E=mc2=hν,可以得到光子的運動質量m=hν/c2,也就是說,對于不同頻率的光,其光子的質量也是不同的。這真是令人難以理解,靜止質量為0,光子到底存不存在呢?運動質量不同,這個質量又是怎么產生的呢?
這個問題也許只有從E=mc2來尋找答案。這個狹義相對論中最有名的公式,揭示了質量和能量的轉化關系。用愛因斯坦的話來說,就是:
“能量就是質量,質量就是能量。”
能量直接轉變?yōu)橘|量產生光子,所以光子是從無到有,因而沒有靜止質量。但是能量又是怎么產生的?光子是一產生就以3×105km/s的速度運動,還是有個從0到3×105km/s的加速過程?
以現有理論來看,光子是不可能有從0到3×105km/s的加速過程的,所以光子一產生就以光速運動,它是怎么做到的呢?
2007年,法國物理學家已經設計出一種能夠捕獲光子的裝置,這種光子捕獲儀可以捕捉單個光子。這種裝置里有一個空腔,空腔里是反光能力極強的超導鏡子,能夠在0.14s的時間里捕捉并監(jiān)控一個光子。別小看這0.14s,在這段時間內,一個自由的光子可以完成從地球到月球大約十分之一的距離。
可是即便如此,誰又敢說人類已經真正認識了什么是光子,什么是光呢?人類在光子面前,看來還得吟出屈原的那句詩:“路漫漫其修遠兮,吾將上下而求索?!?/p>
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