關於光的質量以及運動速度的說明

光不僅在物理史上是個非常重要的概念，就是日常生活中我們也非常熟悉。可是我們真的熟悉嗎？ 真的理解光嗎？其實就目前為止，關於光的研究還在繼續。比如光有沒有質量，光速能否被超過，就這些被激烈討論的問題，我以自己的瞭解和理解為大家做一個詳細說明。

首先我們應該對現有的光的研究歷程有一個大概的瞭解。這裡不得不提到一個人——詹姆士·克拉克·麥克斯韋。他在法拉第的工作基礎上，開創電磁理論，成為電磁理論的集大成者。

並且他透過計算，得出光和電磁波的速度相同，於是他大膽預言：光就是電磁波。在1864年麥克斯韋提出他的理論之後，1887年德國物理學家赫茲用實驗證實了電磁波的存在。之後1898年,馬可尼又進行了許多實驗,不僅證明光是一種電磁波,而且發現了更多形式的電磁波,它們的本質完全相同,只是波長和頻率有很大的差別。

這樣人類除了知道光的速度之外，開始從本質認識光的歷程——光是一種電磁波！

這裡值得一提的是最早測量光速的人是伽利略，儘管他沒有完成測量，但開啟了人類測量光速的序幕。大家都知道伽利略可以說是近代實驗科學的奠基人。很多後輩大科學家包括牛頓，愛因斯坦等都受伽利略啟發。

接著說赫茲，赫茲還發現了光電現象【光照射到金屬上，引起物質的電性質發生變化。這類光變致電的現象被人們統稱為光電效應】，後來由愛因斯坦給出瞭解釋。並由此獲得了1921的諾貝爾物理學獎。愛因斯坦主張，光的能量並非均勻分佈，而是負載於離散的光量子，而光子的能量和其所組成的光的頻率有關。這個突破性的理論不但能夠解釋光電效應，也推動了量子力學的誕生。

在量子力學體系建立的過程中，光的研究也不斷的深入，尤其是波粒二象性的理論。即光具有波粒二象性，單獨用波，單獨用粒子來形容光都是不完整的，二者結合才能解釋光的一切現象。

後來德布羅意在光具有波粒二象性的啟發下，指出波粒二象性不只是光子才有，一切微觀粒子，包括電子和質子、中子，都具有波粒二象性。他把光子的動量與波長的關係式p=h/λ推廣到一切微觀粒子上，指出：具有質量m 和速度v 的運動粒子也具有波動性，這種波的波長等於普朗克恆量h 跟粒子動量mv 的比，即λ= h/（mv）。這個關係式後來就叫做德布羅意公式。

三年後，透過兩個獨立的電子衍射實驗，德布羅意的方程被證實可以用來描述電子的量子行為。在阿伯丁大學，喬治·湯姆孫將電子束照射穿過薄金屬片，並且觀察到預測的干涉樣式。在貝爾實驗室，克林頓·戴維森和雷斯特·革末做實驗將低速電子入射於鎳晶體，取得電子的衍射圖樣，這結果符合理論預測。

還有一個關於光的理論就是光速不變理論。這個得提到一個著名的實驗——邁克爾遜-莫雷實驗！邁克爾遜－莫雷實驗是1887年邁克爾遜和莫雷做的用邁克爾遜干涉儀測量兩垂直光的光速差值的一項著名的物理實驗。但結果證明光速在不同慣性系和不同方向上都是相同的，由此否認了以太（絕對靜止參考系）的存在，從而動搖了經典物理學基礎，成為近代物理學的一個發端，在物理學發展史上佔有十分重要的地位。

大家要知道，愛氏本人也深受以太學說的影響，後來也是受邁克爾遜-莫雷實驗否定了以太學說，以光速不變原理，否定了經典牛頓時空的同時絕對性，建立了狹義相對論。後來又以等效原理，把狹義相對論拓展到了廣義相對論。但光速不變，依然是狹義，廣義相對論的基石！

至於光有質量嗎？ 很多人會說光能被大質量物體的引力偏轉，就說明它是具有質量的。

我這樣來跟大家的解釋：真正意義上物體的運動速度是不會超越光速的，而且光子是沒有靜止質量的，光也就沒有靜止質量的。這點我是贊同愛氏的。

我們先來說說物體為什麼不會超越光速？大家看看這個公式m=m0/sqrt(1-v^2/c^2)。假如物體的速度V大於光速，那麼根號下肯定是1減去比它大的數字，得到一個負數，負數怎麼開根？就算開出來也沒有任何意義。這就是為什麼理論上超光速是不存在的。

同樣是這個公式，我們假設物體質量為1. 物體速度達到光速。那麼此時物體的質量就變成了1除以0了。1除以零在數學上沒有意義，可是在現實宇宙環境中，意味著無窮大。也就是說物體質量趨向於無窮大。大家可以在手機上輸入1除以0，就會顯示無窮大。

所以這就是為什麼物體不能達到光速的數學解釋。無論質量為1,2,3等任何一個正數，除以零，都是一個無窮大的趨向。

這是數學解釋，你滿意嗎？我還要更深層次問物體不可以光速運動的原因是什麼？一切數字公式迴歸現實才會變的有力量，更清晰！

我這樣來回復大家，愛氏用時空彎曲解釋引力的成因，我認為需要修正。那就是引力的成因是時空，不是時空彎曲。而且時間，空間，物質是一體的東西。這種一體的東西都可以用時空能量來衡量。所以任何物體必然是處於引力場中，處於宇宙之中的物體。

那麼一個物體要超越光速就必須克服時空性質。這種時空性質是指宇宙環境，畢竟時間，物質，空間是一體的東西，它具有粘性。

而且有質量的物體以光速運動的話質量會趨於無限大，時間將停止。就好像是說這個物體作為一個“力點”要影響和拉動整個宇宙。所以這是不可能實現的情況。

因為單個物體的能量是不會超越整個宇宙的能量。所以這樣解釋的話光速其實是個法則，是一種束縛態，是一個束縛態法則。這就是為什麼物體運動速度不會超越光速！

我們的問題還沒有結束！既然光可以被大質量物體的引力偏轉，就說明它應該具有質量。如果沒有質量，引力就不會作用與它。

來看看兩個公式，質能公式E=mv²和普朗克E=hv。假設光子有質量，所以不同的躍遷跳躍光子對應不同速度，然而這與觀察結果不相符，被觀測的光子速度均為統一速度。而且普朗克公式裡面本來就沒有m的出現，本身就說明了光子靜止質量為零。或者也可以說沒有靜止質量。這樣更加準確。

事實上我們知道光子靜止質量為零，是一種理論的要求，我們誰也沒有測量它的質量是“零”。也無法測量，因為你無法找到靜止的光子。所以說光子沒有靜止質量是準確的。也可以說光子是一定有質量的，是有運動質量。

愛氏曾質疑牛頓第一定律有迴圈論證嫌疑，這裡我發現他這個理論也有迴圈論證嫌疑。我們在現實生活中找不到慣性系，卻要來說明在慣性系中物體總要保持勻速直線運動和靜止狀態。同樣我們要證明光子靜止質量為零，首先必須找到靜止的光子。可是靜止的光子我們找不到，但我們還說光子靜止質量為零。或者說光子沒有靜止質量。在這裡的討論看似無意義，其實很有意思。

我們接著假設光子沒有靜止質量，不同躍遷的光子對應一個固定的光譜，與觀測結果一致。所以我們說光子沒有靜止質量。

那麼問題又來了，光有運動質量，為什麼運動過程，質量沒有無限大？？ 一般書本以光子沒有靜止質量來說明。但是我們其實還是不理解的。 有運動質量，為什麼不遵守理論內容呢！

類似的問題還有一個：光速為什麼以光速執行？？規定光速原則的性質和宇宙法則機制如何的？

先來回答第一個問題，光有運動質量，卻可以光速執行！我個人認為這和波粒二象性有關。光子的能量是傳輸是一份份的，而它被大質量物體偏轉時候又表現出“波”的性質。

質量和能量是兩個概念，物體的一體兩面。光子我們多以能量來形容。也就是光子以光速運動的能量是多少多少，而不是質量是多少多少。能量不是無限大，質量自然也不是無限大。所以光子這個特殊的粒子以光速運動質量不會無限大。

否則打在我們身上的太Sunny，直接將我們打的灰飛煙滅！但太Sunny很溫暖，說明它攜帶有能量。用我們可見的詞彙來形容就是“溫暖”，你見過誰會說給我來二斤“溫暖”。這樣形容其實不準確，只是為了讓大家有直觀的感受。

其實波粒二象性本身就是“宏觀”和“量子”的結合體現。也可以說是物體“質量”和“能量”的過渡體現。所以愛氏在發現光電效應和建立了相對論理論後，一直腦海中有統一四種基本的力的構想是正確的，也是可以統一的。物理學的發展本身也是證明了這一點，只不過萬里長城還差最後一段沒有走完！

至於最後一個問題：光為何以光速運動？其實還是時空“粘性“使然。這種粘性阻礙了物質的物體光速運動，又使得光子能以光速運動。

說到上面的迴圈論證，然我想到了哥德爾不完備定理。

1、任意一個包含一階謂詞邏輯與初等數論的形式系統，都存在一個命題，它在這個系統中既不能被證明為真，也不能被證明為否。

2、如果系統S含有初等數論，當S無矛盾時，它的無矛盾性不可能在S內證明。

所以大家看到了，偉大的哥德爾為我們揭示了一個哲理啟發。任何一個迴圈論證，悖論和理論想要以此說此，以彼證彼，層層跟進最後的結果是不可證，不可說。

這就是告訴了我們，宇宙以一種彼此連線的形式存在，卻不能自證真偽。是啊，宇宙不需要真，也不需要偽，但是人類需要！

摘自獨立學者，詩人，作家，國學起名師靈遁者物理宇宙科普書籍《變化》第二十六章。

光速也許只是一個比較侷限的認為，就像古人對太陽和地球的關係，對海洋的認識，對微觀的認識一樣。也許宇宙中最快的速度並不是光速，所以會有光速是一種屏障的觀點。太陽系都沒出去想的再多也只是猜想而已，有些事情必須達到一定的格局才能搞明白是怎麼回事，比如考慮該怎麼做好一個總統的事情！