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光沒有品質,但卻具有能量,可是又不符合質能方程,是怎麼回事?

光子沒有靜質能, 但是有與動量(波矢)成正比的動量, 這一部分同樣會對能量形成貢獻, 能量與動量成正比。 愛因斯坦的這個公式還有一個完整版, 這個完整版叫做「能量動量關係」, 有時也叫「色散關係」。 這個公式的完整版應該是:

在相對論中, 動量是一個四維向量, 這個想法最早來自于愛因斯坦的老師閔可夫斯基。 閔可夫斯基發現, 只要增加一個維度, 很多物理量可以在時空變換下保持不變, 這種相對論的時空變換最早由洛倫茲提出, 在洛倫茲變換下保持不變的物理量被稱為洛倫茲不變數。

在狹義相對論中, 不但物體的運動會讓物體具有能量;當物體靜止時, 能量會與物體的靜止品質(這也就是牛頓力學問題中常見的「品質」)m 成正比, 能量與靜止品質之間的換算關係即為大名鼎鼎的 E = mc² 。 靜止的能量跟動量合在一起成為了「能量」。

平時我們常見的 E = mc² 只反映了靜質能的部分,

然而還有運動所帶來的能量貢獻沒有考慮。 如上圖所示, 靜止品質可以看成三角形的一條直角邊, 而動量可以看成是三角形的另一條直角邊, 能量就是這個三角形的斜邊。 這個關係即為相對論中的「能量—動量關係」。 因此, 在狹義相對論的框架下, 不但時間和空間被統一了起來, 能量與動量也被統一了起來, 而品質與能量也被統一了起來。

1:我們都知道光是沒有靜止品質的, 別問為什麼, 你有看到過靜止的光嗎;愛因斯坦的質能方程E=mc2只適用於具有靜止品質的物體。 在量子理論沒被提出之前, 人們普遍認為自然界的能量是連續不斷的, 並且對光的理解也是認為連續的, 後來直到德國理論物理學家普朗克提出了“黑體”的概念, 人們才開始逐漸認識到能量不是連續的;

2:普朗克認為任何物體在任何溫度下, 都會向外輻射能量且向內吸收能量, 普朗克假設在一個金屬空腔中有一個電子, 電子的運動可以視為諧振子, 電子在吸收或者釋放能量,

是以hv為單位, 一份一份地進行的, 其中hv稱為能量子, 簡稱量子, 是能量的基本單位, 任何能量都是hv的整數倍;能量子E=hv, h稱為普朗克常量, 值為:6.626e-34j·s。 雖然普朗克提出了具有劃時代意義的量子概念, 但是量子力學是個任務艱巨的學科, 普朗克在1900年提出量子概念後, 經過愛因斯坦, 玻爾, 德布羅意, 波恩, 海森伯, 薛定諤, 狄拉克等著名物理學家的共同努力, 到20世紀30年代, 才建立了一套完整的量子力學理論。

3:其中最著名的量子實驗要數赫茲的光電效應實驗:在光的照射下, 電子從金屬表面溢出的現象。 溢出的電子叫光電子, 產生的電流叫光電流;自從光電效應被發現後, 人們更進一步地認識到, 光是具有粒子性和波動性的, 即波粒二象性。 描述光的粒子性是光具有能量E和動量P, 描述波動性是光具有頻率v和波長λ。 可以看出, 光只能用量子力學中的公式來解釋, 而不能用相對論來的公式解釋, 這也是為什麼光具有能量, 但不符合E=mc2的原因。

理解到這裡, 於是你就會明白, 光子只是一個特殊的三角形, 他的一條直角邊長度為0,因此能量完全是由另一條直角邊貢獻的。

PS:未經同意不得轉載(圖片來源網路)

他的一條直角邊長度為0,因此能量完全是由另一條直角邊貢獻的。

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