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光和影子我们都看得见 , 但我们都抓不住 , 那么 , 光和影子会有重量吗?是不是因为它们都没有重量 , 所以我们才抓不住光和影子呢?
光子十分特殊 , 因为它们以光速运动 , 而且只能以这个速度运动 。 对于其他物体 , 光速是不可能达到的 。 光子之所以能够达到光速 , 是因为它们的静止质量(m0)为零 。 而其他物体达不到光速 , 则是因为它们有静止质量 。 根据狭义相对论 , 无静止质量的东西只能以光速运动 。
不过 , 这并不意味着光子没有质量 。 光子在运动 , 它们有能量 。 根据爱因斯坦的质能方程(E=mc^2) , 可以得到光子的运动质量 , 又称相对论性质量:
m=E/c^2
另外 , 结合普朗克能量公式(E=hν) , 光子的运动质量可以表示为:
m=hν/c^2
其中h和c都是常数 , 光子的运动质量只取决于频率ν , 频率越高 , 光子的运动质量越大 。
由于光子存在运动质量 , 就必然要求它们的静止质量为零 , 这是因为两者存在如下的关系:
对于光子 , 上式中的分母为0 , 所以分子也必须为0 , 这样0/0不定型极限才有意义 。 否则 , 任何光子的运动质量将会变得无穷大 , 这与上述结果相矛盾 。 但对于其他拥有静止质量的物体 , 它们的运动质量会随着速度趋于光速而变得无穷大 , 所以它们永远也无法达到光速 , 因为持续加速需要无限多的能量 。
另一方面 , 影子是由物体挡住光而产生的黑暗区域 , 这本身并不是什么物理实体 , 只是一种光学现象 , 所以谈论影子的重量是没有什么意义的 。 只有在有光的地方才会出现影子 , 如果没有光 , 一切都是黑暗的 , 也不会有影子的概念 。
不过 , 影子在某些时候会减轻物体的表观重量 。 光子照射到物体上会产生光压 , 如果有影子 , 光压就会变小 , 表观重量也会减轻 。
持续照射到地球上的太阳光会对地球产生一个推力 , 只是这个推力很小 , 仅会让地球获得10^-16米/平方秒的加速度 。 如果以这个加速度从138亿年前宇宙诞生时加速到现在 , 地球的速度也只会增加50米/秒 。
【光和影子有重量吗?】虽然光压十分微弱 , 但未来却能作为星际飞船的动力来源 。 如果我们能够制造出巨大而又轻盈的光帆 , 通过太阳光或者地球上的激光进行不断照射加速 , 这种太空飞行器可以被加速到亚光速 , 成为能够穿越星际的飞船 。
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