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  • 光没有质量,但光具有能量,但不符合E=mc²,是怎么回事

    栏目: 房产 日期:2023-07-29 00:01:40 浏览量(来源:小褚

    [摘要]光没有质量,但光具有能量,但不符合E=mc²,是怎么回事?光没有质量,这是由于光是由光子组成的,而光子是一种无质量的粒子。根据相对论物理学及爱因斯坦的质能关系E...

    光没有质量,但光具有能量,但不符合E=mc²,是怎么回事?

    光没有质量,这是由于光是由光子组成的,而光子是一种无质量的粒子。根据相对论物理学及爱因斯坦的质能关系E=mc²,如果物体具有质量,那么它可以通过光和其他形式的能量进行转化。

    然而,尽管光没有质量,它确实具有能量。根据量子力学的观点,光可以被看作是一种能量传递的方式,它在传播中携带着能量而不是质量。光的能量与其频率(或波长)相关,高频率的光具有更高的能量。

    那么为什么光的能量与能量-质量关系E=mc²不符合呢?这是因为相对论质能关系是描述物体的质量能够转化为能量,或者能量能够转化为质量的情况。而光并不是有质量的,不适用于这个方程。

    对于光而言,它的能量可以通过其他方式来解释和计算。光的能量可以使用电磁波的能量公式E = hf(其中h是普朗克常数,f是光的频率)来表示。这个公式描述了光的能量与其频率之间的关系。所以,尽管光没有质量,但它仍然具有能量,这是由光的波动特性和粒子特性所决定的。

    光没有质量,但光具有能量,但不符合E=mc²,是怎么回事?

    光子没有静质能,但是有与动量(波矢)成正比的动量,这一部分同样会对能量形成贡献,能量与动量成正比。爱因斯坦的这个公式还有一个完整版,这个完整版叫做「能量动量关系」,有时也叫「色散关系」。这个公式的完整版应该是:

    在相对论中,动量是一个四维矢量,这个想法最早来自于爱因斯坦的老师闵可夫斯基。闵可夫斯基发现,只要增加一个维度,很多物理量可以在时空变换下保持不变,这种相对论的时空变换最早由洛伦兹提出,在洛伦兹变换下保持不变的物理量被称为洛伦兹不变量。

    在狭义相对论中,不但物体的运动会让物体具有能量;当物体静止时,能量会与物体的静止质量(这也就是牛顿力学问题中常见的「质量」)m 成正比,能量与静止质量之间的换算关系即为大名鼎鼎的 E = mc² 。静止的能量跟动量合在一起成为了「能量」。

    平时我们常见的 E = mc² 只反映了静质能的部分,然而还有运动所带来的能量贡献没有考虑。如上图所示,静止质量可以看成三角形的一条直角边,而动量可以看成是三角形的另一条直角边,能量就是这个三角形的斜边。这个关系即为相对论中的「能量—动量关系」。因此,在狭义相对论的框架下,不但时间和空间被统一了起来,能量与动量也被统一了起来,而质量与能量也被统一了起来。

    理解到这里,于是你就会明白,光子只是一个特殊的三角形,他的一条直角边长度为0,因此能量完全是由另一条直角边贡献的。

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