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  • 1 # 裸猿的故事

    靜止光子沒有質量,但它擁有能量和動量,有動量就能推動物體。

    當然,也有人會說,光子沒有靜止質量,但它擁有相對論質量。這可以透過兩個公式來體會。

    首先光子的能量公式是:

    E = hf (h是普朗克常數,f是光的頻率)

    然後再按照愛因斯坦著名的質能方程是:

    E = mc^2

    結合這兩個公式就可以推匯出,可以推匯出光子的運動質量,也就是所謂的相對論質量。

    但其實,按照麥克斯韋的電磁理論,電磁波本來就帶有動量——光子也是一種電磁波——只要有動量,動量就可以發生轉移,因此光子就能夠產生出輻射壓(電磁輻射)。

    圖示:P是光子動量,h是普朗克常數,λ是波長。波長越短的光子,動量越大。

    如何測量光壓或輻射壓?

    早在1619年,天文學家開普勒,就用想象中的輻射壓力來解釋彗星的尾巴為何總是遠離太陽,從來沒有出現過,彗尾對著太陽的彗星。

    圖示:彗星圍繞太陽的執行時,彗尾總是遠離太陽,這需要一個特別的解釋。

    當彗星被太陽加熱後,產生的揮發性氣體構成了彗尾。但彗尾總是遠離太陽,需要一個解釋,開普勒認為,這是由於光具有某種壓力,推動著彗尾遠離太陽,而且這種壓力一定大於太陽對彗尾中那些揮發性物質的吸引力,所以彗尾才總是遠離太陽。順便說一句,當所有揮發性物質都被蒸發後,彗星就變成了小行星。

    圖示:1865年,儒勒·法爾納的科幻小說《從地球到月球》中,率先推出想象中的太陽帆技術,看來法爾納贊同開普勒的猜想,而且率先想到了它的潛在用處。

    當麥克斯韋寫出他的電磁方程式後,電磁方程說光擁有動量,這也就意味著,光照射到物體上時,只要不是完全透明的物體,當光子從該物體表面被反射時,那就會產生輻射壓力。但僅僅理論推導是不夠的,還得用實驗來證明輻射壓或光壓是真實存在的。

    1900年,俄國物理學家找到了測量光壓的辦法,在1900年的巴黎世界物理學大會上,彼得·列別捷夫宣佈了他的輻射壓測量實驗成果。這項實驗也成為第一個定量驗證麥克斯韋電磁學理論的實驗,事實證明麥克斯韋的電磁理論靠譜,從此它就成為指導人們利用電磁波給人類謀福利的核心理論。

    太陽帆研究現狀

    圖示:NASA的太陽帆設想圖

    太陽能發電不稀奇,不管是在地球上還是太空裡,許多衛星、月球或火星上的漫遊車,都在使用太陽能發電。但直接用太Sunny的輻射壓力來進行星際航行,目前依然處在研究階段。太陽帆最大的問題在於,隨著離太陽越來越遠,能夠接受到的光壓也越來越少,它不適合星際航行,只適合在太陽系中搞事,而且是在內太陽系中搞事。但要想利用太Sunny的輻射壓,需要我們開發出足夠輕同時面積足夠大的太陽帆,否則就毫無用處了。

    不知什麼時候,人類舉辦首屆太陽帆大賽,想想就很燃啊。

  • 2 # 刺頭小李

    嚴格地講,光子不是沒有質量而是靜止質量為零!運用愛因斯坦的質能公式可知,在真空中光子具有永恆的速度:光速

    如何區分速度都為光速的光子呢?光作為一種電磁波,它們的波長可以不同。依據量子理論波粒二象性的德布羅意公式可知光子的能量可以不同。可以將光子看成是具有能量的粒子,以牛頓力學觀點來看,它當然可以與其它物體發生相互作用以”推動物體”。物理學史上著名的光電效應、康普頓散射便是如此

    如以現代量子電動力學QED的觀點來看,光子是電磁場的量子激發態,而且恰好是電磁相互作用的”向量規範玻色子”。換言之,電磁相互作用的微觀機制正是電荷透過交換光子而實現的

    因此,無論是經典粒子說、還是量子力學的波粒二象性、甚至現代的規範場論都表明,因為光子攜帶能量,所以可以與其它物體發生相互作用!

  • 3 # 維度開拓者

    簡答地說,光子雖然沒有質量但具有運動的能量和動量,所以能推動物體!E=hv=mc^2,所以光子的動量為h/λ。

    根據動量守恆,nh/λ=mυ(理想狀態),h為普朗克常數,λ為光的波長,n為光子數量,m、υ分別為物體的質量和速度。

    所以物體的運動υ=nh/λm。所以理論上,只要光子數量足夠多,就可以推動任何物體以一定速度前進。

  • 4 # 太上邪神

    光子能推動物體就是光子有對這個物體做功,發生能量的轉移。對外做功跟自身質量大小不一定要有關係,比如用壓縮氣體做功, 在一個單位容積裡相同摩爾數的任何氣體才產生的壓力相同,壓縮氣體壓力跟氣體分子的質量沒有關係。

    壓縮氣體對外做功,是氣體膨脹的過程,其壓力與壓縮氣體的分子質量無關。

    把壓縮氣體分子的質量當零,氣體不存在了,理論上壓力不變,所以壓縮氣體的過程是在壓縮時空,氣體膨脹的過程是時空在膨脹。

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