题目

光子有质量吗?
物体接近光速时,质量变为无限大,所以惯性为无限大,要改变它原来的运动状态就要对其施加无限大的力,所以任何有质量的物体都不可能超过光速.
但是,由波粒二象性可知光可以用光子的形式表现出来,光子以光速运动,它既然是粒子,就应该有质量,而且还有能量（E=MC2）,但如果光子有质量,他不就达不到光速了吗?

提问时间：2020-07-25

答案

光子的静止质量为零,光子的质量不为零
光对被照射物体单位面积上所施加的压力叫光压.也称为辐射压强.当物体完全吸收正入射的光辐射时,光压等于光波的能量密度；若物体是完全反射体,则光压等于光波能量密度的2倍.这个关系可以由经典电磁理论得到,也可以直接由光的量子理论得到.麦克斯韦依据经典电磁理论首先指出了光压的存在.1899年,俄国物理学家列别捷夫用实验测得了光压,证实了麦克斯韦的预言.光压的存在说明了电磁波具有动量,因而是电磁场物质性的有力证明.爱因斯坦光子假设又进一步说明了光压存在的合理性.
光压很小,如果阳光直射到地面,并且光被地面全部吸收,那么地面所感受到的光压也只有4.5×10-6帕.
一、测量光压的实验
列别捷夫所用仪器的主要部分是一用细线悬挂起来的极轻的悬体R,其上固定有小翼a及b,如图1示,其中一个涂黑,另一个是光亮的.将悬体R置于如图2所示的真空容器G内.借助透镜及平面镜系统将由弧光灯B发出的光线射向小翼中的一个.由于作用在小翼上的光压力,使悬体R转动.转动的大小,可借助望远镜及固定在轴线上的小镜观察到.移动双镜能使光射在涂黑的小翼上.比较两种情况下悬体转动的大小,列别捷夫测得,涂黑表面所受的光压力比反射表面所受的光压力小一半,与理论完全符合.
借助薄片P1使光流的一部分射到温差电池T上可以度量入射光能量的大小,因而可以对理论作出定量的验证.
二、光压的量子理论解释
按照光子说的观点,光压是光子把它的动量传给物体的结果.设频率为υ的单色光,每秒垂直入射到物体表面每平方米上的能量为E,则每秒垂直入射到物体表面每平方米上的光子数为N=E/(hυ).因为每一个光子具有动量p= hυ/c,当光子被物体所吸收时,每个光子传给物体的动量为p= hυ/c,如果入射光子全部被物体所吸收,则物体表面每平方米在每秒内所获得的动量应等于N·p=E/c.物体表面每平方米在每秒内所获得的动量,即光作用在这个面上的光压为E/c.当光子被物体所反射时,光子的动量从＋hυ/c变到－hυ/c,则每个光子传给物体的动量为2p=2 hυ/c.如果入射光子全部被物体所反射,则作用在物体表面上的光压力为N·2p=2E/c.
在一般情况下,当物体表面的反射系数为ρ时,则在每秒内入射的全部N个光子中,有(1－ρ)N个被吸收而ρN个被反射,所以作用于物体表面上的光压为
根据列别捷夫的测量,光压力的数值在测量的误差范围内与理论值符合得很好.
回答者：famorby - 大魔法师 九级 1-7 21:48
相对论、光子、光速和时间