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什么是光子的质量?

【什】【么】【是】【光】【子】【的】【质】【量】【?】【这】【个】【问】【题】【分】【为】【两】【个】【部】【分】【:】【光】【子】【有】【质】【量】【吗】【?】【毕】【竟】【它】【有】【能】【量】【,】【能】【量】【是】【相】【当】【于】【质】【量】【的】【。】【光】【子】【在】【传】【统】【上】【被】【认】【为】【无】【质】【量】【。】【这】【是】【一】【种】【物】【理】【学】【家】【的】【比】【喻】【说】【法】【,】【为】【了】【用】【狭】【义】【相】【对】【论】【描】【述】【光】【子】【的】【粒】【子】【性】【质】【。】【这】【个】【逻】【辑】【能】【用】【很】【多】【方】【式】【构】【造】【,】【下】【面】【就】【是】【一】【个】【例】【子】【。】【用】【一】【个】【孤】【立】【系】【统】【(】【称】【为】【一】【个】【“】【粒】【子】【”】【)】【,】【使】【它】【加】【快】【一】【些】【速】【度】【v】【(】【一】【个】【矢】【量】【)】【。】【牛】【顿】【定】【义】【了】【这】【个】【粒】【子】【(】【也】【是】【一】【个】【矢】【量】【)】【的】【动】【量】【p】【。】【如】【此】【这】【般】【,】【当】【这】【个】【粒】【子】【加】【速】【时】【或】【者】【碰】【撞】【时】【,】【p】【就】【会】【以】【一】【种】【简】【单】【的】【方】【式】【运】【动】【。】【为】【了】【保】【持】【这】【种】【简】【单】【行】【为】【,】【p】【必】【须】【和】【v】【成】【正】【比】【。】【这】【个】【比】【例】【常】【数】【被】【称】【为】【这】【个】【粒】【子】【的】【质】【量】【m】【,】【因】【此】【p】【=】【m】【v】【。】【在】【狭】【义】【相】【对】【论】【中】【,】【原】【来】【我】【们】【依】【然】【能】【定】【义】【一】【个】【粒】【子】【的】【动】【量】【p】【,】【这】【样】【使】【它】【以】【一】【种】【定】【义】【明】【确】【的】【方】【式】【运】【动】【,】【这】【是】【牛】【顿】【学】【说】【的】【一】【种】【延】【伸】【。】【尽】【管】【p】【和】【v】【仍】【然】【吗】【指】【向】【相】【同】【的】【方】【向】【,】【但】【是】【他】【们】【不】【再】【成】【比】【例】【。】【我】【们】【最】【好】【能】【做】【的】【是】【通】【过】【粒】【子】【的】【“】【相】【对】【质】【量】【”】【(】【"】【r】【e】【l】【a】【t】【i】【v】【i】【s】【t】【i】【c】【 】【m】【a】【s】【s】【"】【)】【m】【r】【e】【l】【联】【系】【它】【们】【。】【因】【此】【,】【p】【 】【=】【 】【m】【r】【e】【l】【v】【 】【,】【当】【粒】【子】【静】【止】【时】【,】【它】【的】【相】【对】【质】【量】【有】【一】【个】【最】【小】【值】【,】【被】【称】【为】【“】【静】【止】【质】【量】【(】【r】【e】【s】【t】【 】【m】【a】【s】【s】【)】【”】【 】【m】【r】【e】【s】【t】【。】【同】【一】【类】【型】【粒】【子】【的】【静】【止】【质】【量】【总】【是】【相】【同】【的】【。】【例】【如】【,】【所】【有】【的】【质】【子】【拥】【有】【完】【全】【相】【同】【的】【静】【止】【质】【量】【,】【因】【此】【所】【有】【电】【子】【也】【一】【样】【,】【所】【有】【中】【子】【也】【一】【样】【。】【当】【这】【个】【粒】【子】【被】【加】【速】【到】【更】【高】【速】【度】【的】【时】【候】【,】【它】【的】【相】【对】【质】【量】【将】【会】【无】【限】【增】【加】【。】【事】【实】【证】【明】【,】【在】【狭】【义】【相】【对】【论】【中】【,】【我】【们】【能】【够】【定】【义】【能】【量】【E】【的】【概】【念】【,】【以】【至】【于】【E】【具】【有】【简】【单】【而】【明】【确】【的】【性】【质】【,】【就】【像】【在】【牛】【顿】【力】【学】【中】【一】【样】【。】【当】【一】【个】【粒】【子】【被】【加】【速】【,】【使】【它】【有】【一】【些】【动】【量】【p】【(】【矢】【量】【的】【长】【度】【p】【)】【和】【相】【对】【质】【量】【m】【r】【e】【l】【,】【那】【么】【它】【的】【能】【量】【是】【被】【给】【予】【的】【,】【通】【过】【:】【E】【 】【=】【 】【m】【r】【e】【l】【c】【2】【 】【,】【 】【以】【及】【 】【E】【2】【 】【=】【 】【p】【2】【c】【2】【 】【+】【 】【m】【2】【r】【e】【s】【t】【c】【4】【 】【.】【 】【(】【1】【)】【后】【一】【个】【方】【程】【有】【两】【个】【有】【趣】【的】【例】【子】【:】【1】【.】【如】【果】【这】【个】【粒】【子】【是】【静】【止】【的】【,】【那】【么】【p】【 】【=】【 】【,】【 】【E】【 】【=】【 】【m】【r】【e】【s】【t】【c】【2】【2】【.】【如】【果】【我】【们】【设】【置】【静】【止】【质】【量】【等】【于】【零】【(】【不】【管】【那】【是】【否】【合】【理】【)】【,】【那】【么】【E】【 】【=】【 】【p】【c】【。】【图】【解】【:】【用】【费】【曼】【图】【表】【示】【的】【正】【电】【子】【-】【负】【电】【子】【湮】【灭】【。】【在】【经】【典】【电】【磁】【理】【论】【中】【,】【光】【的】【能】【量】【是】【E】【,】【动】【量】【是】【p】【,】【它】【们】【之】【间】【的】【关】【系】【是】【E】【 】【=】【 】【p】【c】【。】【量】【子】【力】【学】【引】【入】【了】【这】【样】【一】【种】【观】【点】【:】【光】【可】【以】【被】【看】【作】【是】【一】【种】【“】【粒】【子】【”】【的】【集】【合】【:】【光】【子】【。】【即】【使】【光】【子】【不】【能】【静】【止】【,】【所】【以】【静】【止】【质】【量】【的】【观】【点】【不】【能】【真】【的】【适】【用】【于】【他】【们】【,】【但】【我】【们】【肯】【定】【能】【把】【光】【的】【“】【粒】【子】【”】【带】【入】【折】【叠】【方】【程】【(】【1】【)】【,】【只】【要】【考】【虑】【到】【它】【们】【没】【有】【静】【止】【质】【量】【。】【那】【样】【,】【方】【程】【 】【(】【1】【)】【给】【出】【了】【光】【的】【正】【确】【表】【达】【式】【,】【E】【 】【=】【 】【p】【c】【,】【而】【且】【没】【有】【任】【何】【损】【失】【。】【方】【程】【(】【1】【)】【现】【在】【能】【够】【应】【用】【于】【物】【质】【的】【粒】【子】【和】【光】【的】【“】【粒】【子】【”】【了】【。】【它】【现】【在】【可】【以】【作】【为】【一】【个】【完】【全】【通】【用】【的】【方】【程】【来】【使】【用】【,】【这】【使】【得】【它】【非】【常】【有】【用】【。】【有】【没】【有】【任】【何】【实】【验】【证】【据】【表】【明】【光】【子】【的】【静】【止】【质】【量】【为】【零】【?】【可】【供】【选】【择】【的】【光】【子】【理】【论】【包】【括】【一】【个】【表】【现】【为】【质】【量】【的】【术】【语】【,】【引】【起】【了】【一】【种】【非】【常】【先】【进】【的】【观】【点】【“】【大】【质】【量】【光】【子】【”】【。】【如】【果】【光】【子】【的】【静】【止】【质】【量】【是】【不】【为】【零】【的】【,】【那】【么】【量】【子】【电】【动】【力】【学】【将】【“】【陷】【入】【困】【境】【”】【,】【这】【主】【要】【是】【因】【为】【损】【失】【了】【规】【范】【不】【变】【性】【,】【这】【将】【使】【它】【不】【可】【重】【整】【。】【同】【样】【,】【电】【荷】【守】【恒】【不】【再】【是】【绝】【对】【的】【保】【证】【,】【就】【像】【光】【子】【的】【静】【止】【质】【量】【为】【零】【一】【样】【。】【但】【是】【,】【不】【管】【任】【何】【理】【论】【预】【测】【了】【什】【么】【,】【仍】【然】【有】【必】【要】【通】【过】【实】【验】【来】【验】【证】【这】【个】【预】【测】【。】【图】【解】【:】【托】【马】【斯】【·】【杨】【于】【1】【8】【1】【年】【进】【行】【的】【双】【缝】【干】【涉】【实】【验】【证】【实】【光】【波】【动】【说】【,】【同】【时】【否】【定】【了】【光】【微】【粒】【说】【的】【有】【力】【证】【据】【。】【几】【乎】【可】【以】【肯】【定】【的】【是】【,】【做】【任】【何】【实】【验】【都】【不】【可】【能】【使】【光】【子】【的】【静】【止】【质】【量】【恰】【好】【为】【零】【。】【我】【们】【所】【能】【做】【到】【最】【好】【的】【是】【对】【它】【加】【以】【限】【制】【。】【非】【零】【静】【止】【质】【量】【将】【会】【在】【静】【电】【力】【的】【平】【方】【反】【比】【库】【仑】【定】【律】【中】【引】【入】【一】【个】【小】【的】【阻】【尼】【因】【数】【。】【这】【意】【味】【着】【在】【非】【常】【大】【的】【距】【离】【上】【静】【电】【力】【会】【变】【弱】【。】【同】【样】【地】【,】【静】【磁】【场】【的】【行】【为】【也】【会】【改】【变】【。】【光】【子】【质】【量】【的】【上】【限】【可】【以】【通】【过】【行】【星】【磁】【场】【的】【卫】【星】【测】【量】【值】【来】【推】【断】【。】【电】【荷】【组】【合】【探】【测】【器】【被】【用】【来】【获】【得】【6】【×】【1】【−】【1】【6】【 】【e】【V】【的】【上】【限】【,】【具】【有】【很】【高】【的】【确】【定】【性】【。】【1】【9】【9】【8】【年】【,】【罗】【德】【里】【克】【·】【拉】【克】【斯】【在】【一】【项】【寻】【找】【卡】【文】【迪】【什】【平】【衡】【上】【的】【异】【常】【力】【的】【实】【验】【室】【实】【验】【中】【,】【略】【微】【改】【善】【了】【这】【一】【点】【。】【新】【的】【极】【限】【是】【7】【×】【1】【−】【1】【7】【 】【e】【V】【。】【对】【银】【河】【系】【磁】【场】【的】【研】【究】【表】【明】【,】【小】【于】【3】【×】【1】【−】【2】【7】【 】【e】【V】【的】【限】【制】【要】【好】【得】【多】【,】【但】【对】【于】【这】【种】【方】【法】【的】【有】【效】【性】【还】【存】【在】【一】【些】【疑】【问】【。】【参】【考】【资】【料】【1】【.】【W】【J】【百】【科】【全】【书】【2】【.】【天】【文】【学】【名】【词】【3】【.】【 】【m】【a】【t】【h】【-】【罔】【象】【如】【有】【相】【关】【内】【容】【侵】【权】【,】【请】【于】【三】【十】【日】【以】【内】【联】【系】【作】【者】【删】【除】【转】【载】【还】【请】【取】【得】【授】【权】【,】【并】【注】【意】【保】【持】【完】【整】【性】【和】【注】【明】【出】【处】

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