謝謝邀請！據我觀察光是光，影子是影子，分開說來，光究竟是什麼？目前沒有完整的說道，光的傳播是一束一束一絲一絲的，在有條件的情況下人眼很容易發現光束，也可透過顯微鏡觀測到光束狀，也可透過電燈泡的發光源觀測光束是一絲一絲的不規則慣性運動狀態。光子在光束中運動，影子是光子的作用，原理是：光束是不規則慣性運動的，光束不可扭曲拐彎，遇有遮擋物時就會出明暗條紋現象，光束直來直去，而影子卻是光子的補充的“暗”光，為什麼呢？當光束遇有遮擋物時，光束中的光子忽然受阻，光量子會爭先恐後，改變運動狀態，無光束的地方也會出現“亮”光，形成所謂的光影世界，這與光子自身的運動、結構有關，前光子與後光子間也會有光、影出現，在者，也有科學家在一張A4紙的邊沿發現光子不規則慣性運動。光影重量也是量化的質量，而質量是一種標準。影片來源自購。原創首發：2019.11.8

光和影子我們都看得見，但我們都抓不住，那麼，光和影子會有重量嗎？是不是因為它們都沒有重量，所以我們才抓不住光和影子呢？

光子十分特殊，因為它們以光速運動，而且只能以這個速度運動。對於其他物體，光速是不可能達到的。光子之所以能夠達到光速，是因為它們的靜止質量（m0）為零。而其他物體達不到光速，則是因為它們有靜止質量。根據狹義相對論，無靜止質量的東西只能以光速運動。

不過，這並不意味著光子沒有質量。光子在運動，它們有能量。根據愛因斯坦的質能方程（E=mc^2），可以得到光子的運動質量，又稱相對論性質量：

m=E/c^2

另外，結合普朗克能量公式（E=hν），光子的運動質量可以表示為：

m=hν/c^2

其中h和c都是常數，光子的運動質量只取決於頻率ν，頻率越高，光子的運動質量越大。

由於光子存在運動質量，就必然要求它們的靜止質量為零，這是因為兩者存在如下的關係：

對於光子，上式中的分母為0，所以分子也必須為0，這樣0/0不定型極限才有意義。否則，任何光子的運動質量將會變得無窮大，這與上述結果相矛盾。但對於其他擁有靜止質量的物體，它們的運動質量會隨著速度趨於光速而變得無窮大，所以它們永遠也無法達到光速，因為持續加速需要無限多的能量。

另一方面，影子是由物體擋住光而產生的黑暗區域，這本身並不是什麼物理實體，只是一種光學現象，所以談論影子的重量是沒有什麼意義的。只有在有光的地方才會出現影子，如果沒有光，一切都是黑暗的，也不會有影子的概念。

不過，影子在某些時候會減輕物體的表觀重量。光子照射到物體上會產生光壓，如果有影子，光壓就會變小，表觀重量也會減輕。

持續照射到地球上的太Sunny會對地球產生一個推力，只是這個推力很小，僅會讓地球獲得10^-16米/平方秒的加速度。如果以這個加速度從138億年前宇宙誕生時加速到現在，地球的速度也只會增加50米/秒。

光和影子真的存在重量嗎？

影子有重量嗎？這可是個深奧的問題！在大家的視覺印象中黑色表示厚重，因此黑色的影子在視覺上是存在重量的，但事實上的結果卻是，有影子的地方反而是輕了！這是何為呢？

光存在重量嗎？

影子有沒有重量這個問題關鍵在於光，因為沒有光就沒有影子，因此我們要從問題的源頭來解決！我們都知道光曾經有光子和波動兩種說法，兩者在歷史上多少發生激烈交鋒，時而光子理論和波動理論在爭吵中各自前行，而1905年的愛因斯坦發表的光電理論確實給了波動說當頭一棒，但最終光子和波動在量子力學中完美統一！

但此問題討論光的重量卻不需要到量子力學中去統一光的波動說和粒子說，只需要將1905年愛因斯坦在發表的狹義相對論的外一篇《物體的慣性同它所含的能量有關係嗎》即可解釋清楚，這是當年發表的5篇論文中的一篇，描述了物體的質量與能量之間的關係，如果各位有興趣看推導過程的話，不妨看下圖：

E=mc²，很多朋友會誤解成質能轉換公式，但其實只說對了一半，因為這表示理解了能量的來歷，卻不明白能量其實就是質量，質量也就是能量，這兩者根本就是一體兩面的關係，兩者是完全等價的，因此我們只要計算出光子的能量來，即可瞭解它所蘊含的質量，也就知道了光的重量！

當然我們知道了能量必定會帶來質量，那麼光的質量怎麼計算呢？這得請出普朗克大師來說說量子的來歷了，19世紀末關於黑體輻射兩個公式，瑞麗金斯公式和維恩公式分別管住了黑體輻射的低頻和高頻端，維恩公式計算低頻只是不準而已，但瑞利金斯公式計算高頻時卻出現了無窮大能量的現象，這就是紫外災變的來歷。

普朗克對黑體輻射非常感興趣，一直都想將瑞利金斯公式和維恩公式統一起來，最終他成功了，但必須將傳統意義上連續的能量轉換成一份份的能量才可以，並且普朗克這個量子化的黑體輻射公式是拼湊起來的，但意義卻很重大，他將這個最小的能量子定義為h，也就是普朗克常數，光子的能量則等於它與頻率的積：

E=hv，這是一個經典的能量子應用公式，可惜普朗克在這個量子化道路上也走的不是很徹底，以至於他連自己的一手締造的黑體輻射公式都謹慎使用，這確實是一個悲哀，作為量子力學之父存在的普朗克在量子道路上一波三折，當然這是以後的故事了，在這篇文章中，光子能量計算方式已經有了！

因此從理論上來看，光子的質量就等於M=hv/c²，當然這個質量極其微小，但至少它是存在質量的！

影子存在質量嗎？

前文我們說明光是存在質量的，其原因就是其存在能量，而影子則是光子被障礙物擋住了，光子無法穿透障礙物形成的陰影！簡單的說被陰影擋住部分少接收了光子的能量，因此從理論上來看這部分的質量是會減輕的！

當然有朋友會問1000個影子疊起來有多重，這更是一個喪氣的問題，因為光斑可以疊加，最終結果是更亮，但影子即使你把光源全部擋住，它只是變黑而已，你要再加幾層，它還是那麼黑，理論上純黑就是沒有一個光子輻射，無論是什麼顏色，他都全黑了！所以總不能把光子擋成負數吧，這就是影子疊加沒有任何意義的原因。

我們似乎可以定義一下了，光存在質量，影子卻沒有質量，反而會因為影子而減輕質量！

這個問題，很典型，很深刻，很燒腦。本文不得不從“量子”的基本原理談起，否則不能讓人釋懷。讀者或要一睹為快，還是先給答案：

如果承認“光是有質量(俗稱重量)的”，就必須承認“影子也是有質量的”。因為：影子也是光，是光的衍射現象。如果影子不是光，視覺就沒有“影子”的景象。

不過，“光子有動質量而無靜質量”的假說，即：m=h/λc，當λ=∞，m=m₀=0。讀者自然會問：無窮大波長是個什麼鬼？

下面，先理清“波的概念”，再探討“量子的概念”，其中包括“光子的質量”，最後探討“光的輻射變化”。

波的概念，波粒二象性涉嫌超距論

波，皆有“直射→折射→衍射→反射”的因果鏈。波的根源或本質，是光壓差、負壓差、密度梯度的“窪地效應”。

窪地效應，也叫遞弱效應，熵增加原理：高能態要向低能態發散，即高頻波的每一個激元(波節)在依次“降頻紅移”。

即便是真空場，也有廣義的負壓差。用負壓差解釋波的衍射或干涉，其解析式是最簡單的。

必須明確，作為波的每個波節(激元)都只在本地上下起伏(漲落)，波節本身並沒有位移。

波(動)≠流(動)，波(動)≠漂(動)。

前波節頻率略大與後波節頻率，前波節是後波節的波源。聲子≡低頻光子，也是一個波節。

機率波學派認為“實體粒子也是波，即機率波或德布魯伊物質波，也有衍射”，這個假說，是頗受質疑的。這裡需要搞清楚：

是粒子激發了波還是粒子本身是波？粒子只是一個波源，可以“一石激起千層浪”，問題變成：是石頭激發了水波還是石頭本身是波？

費曼認為：干涉是若干個波束的加法，衍射是無數個波束的積分。按微積分法則，積分是需要連續條件的，意味著“光是連續的波”。

波的所有引數，如波長(λ)、頻率(f)、密度(ρ)，都是連續性變化的，不是離散性躍遷的。

如果波是離散的，波節與波節或量子與量子之間，就必有空隙，這個空隙是什麼？

如果空隙沒有介質，諸如能量、動量、波動、引力、電流、磁場的傳播，就是超距的。

實量子與場量子，互為“激元”

本節探討“量子”或“激元”。筆者認為，

實體，是離散性的高密度的“實量子”，如亞原子、原子、分子、行星、恆星、磁星。

實粒子運動，既有自旋/翻滾/自轉，也有繞旋/旋進/公轉。自轉越快，轉軸越規正，負壓差越大，向心力越大、偶極矩越強、穩定性越久。

規定：電子是唯一的以光速自轉的最圓整的最穩定的體積最小的轉軸最正的實粒子。

自旋是光速的或最規正的自轉，特指電子自旋。翻滾是低速的不規正的自轉，例如塵埃。

真空，是連續性的低密度的“場介質”，也叫空間或空間場，是吸能、載波、傳力的載體。

實量子的轉動，擾動了真空場，激發了連續性的場效應量子，簡稱“場量子”，包括三類：聲量子、光量子與引力子。

場量子的波動，擾動了實量子，實量子把場量子輻射能轉換為動能而加速轉動。

由於場量子波動與實量子轉動，是相互激發的，場量子與實量子統稱“激元(exciton)”。

基於激元的特徵，可以有“量子的定義”：

量子，是實量子與場量子的統稱，是“實量子轉動”與“場量子波動”兩種量子效應之間互為因果的激元。

光電效應，是典型的量子效應。光電效應方程：eU=△Ek=△hc/λ。光子作為場量子的波動輻射能(hc/λ)，電子作為實量子的軌道動能(½m₀v²)，服從能量轉換：hc/λ=½m₀v²。

湮滅反應，是極端的量子效應。反應方程：e↑+e↓+2×½m₀c²=g↑+g↓+2hc/λ。其中，

①質量守恆與轉換：電子(e)急劇膨脹為引力子(g)，電子質量=引力子質量=m₀；

②能量守恆與轉換：電子軌道動能(½m₀c²)轉換為光子輻射能(hc/λ)，即：½m₀c²=hc/λ。

另外，電磁感應、感容震盪、霍爾效應、瑟爾效應、鐳射製冷效應等，本質都是量子效應。

場量子是虛構粒子，是場效應的波節

波，可虛構為阻尼震盪的正弦波。在波傳播過程中，可將波軌跡中的連續推湧的波浪(∽)模擬為波節、波子、場量子。場量子只便於統計分析，並不真實存在，因此也叫“虛量子”。

注意：筆者的場量子或虛量子，與波粒二象性所指的真實粒子截然不同。

機械波的波節，叫聲子，是實粒子之間的真空介質，被擾動所激發的場效應單元。

電磁波的波節，叫光子，是電子繞核運動擾動了真空介質，所激發的場效應單元。

引力波的波節，叫引力子，是電子光速自旋擾動了真空介質，所激發的場效應單元。

實量子是真實粒子，是場效應的波源

根據前述定義，實量子泛指離散的微觀粒子與宏觀天體。實量子可折算為電子當量，即：實量子質量(m)=n個電子質量(m₀)：n=m/m₀

實量子的場效應是指，當實量子以速度v作位移運動，就相當於n個電子以隨行速度v，擾動了場介質，進而激發電磁波。

事實上，實量子就是一個“移動波源”，電子位移會激發電磁波，子彈飛也激發電磁波。移動波源，可分為三種類型：

①單量子波源。例如，氕原子的1個核外電子，以不同的繞核速度運動，激發不同變頻的電磁波，形成原子光譜的超精細結構。

②多量子波源。例如，放射性核子，電子機關槍，會發射一個個的自由電子(β粒子)，各電子依次激發電磁波，形成一連串的電磁脈衝波。

機械波是場量子激元與實量子激元互動激發的複合波，場量子推湧速度(v₁)為光速(v₁=c)，實量子震速(v₂)與波速(v₃)成正比(v₂∝v₃)。

例如：黑暗裡脫毛衣，可聽到摩擦起電的嗶嗶聲，表明激發了機械波；同時又看到細微的電火花，表明激發的電磁波。

再如：雷雨雲之間摩擦起電，先有閃電⚡，表明激發了電磁波；不久聽到雷鳴聲，表明激發了機械波。

又如：咀嚼冰糖，在黑暗裡，先看到口腔裡有暗綠的光，表明“機械震盪可以激發電磁波”。幾乎同時，我們有聽到“咯嘣”聲，表明：機械諧振子，也會激發電磁波。

重申：如果沒有場量子(聲子)的場效應，但靠實量子不可能激發機械波，波的傳播介質，其實不是實量子，而是場量子。

關於聲子·光子·引力子的測量引數

量子力學已有上百年，有關量子、聲子、光子與引力子，可謂振振有詞，可是誰也不知道如何測算其質量、半徑與密度等具體引數。

究其原因，應該是“量子的定義”不那麼嚴謹自洽，“量子效應”的原理不是很清楚。

① 聲子源於諧振子低頻震盪，聲子≡光子。

諧振子輸出動能為½mv²，可相當於n=m/m₀個電子的隨行動能(nm₀v²)，激發場的波長為λ，

按能量轉換：½mv²=(m/m₀)hc/λ，

得聲子波長：λ=2hc/m₀v²，

得聲子質量：聲子質量≡電子質量(m₀)

②光子源於諧振子高頻震盪，光子≡量子。

諧振子輸出動能為½mv²，也相當於n=m/m₀個電子的隨行動能(nm₀v²)，激發場的波長為λ

按能量轉換律：½mv²=(m/m₀)hc/λ，

得光子的波長：λ=2hc/m₀v²，

得光子的質量：光子質量≡電子質量(m₀)

輸出引力勢能mv₀²，也相當於n=m/m₀個電子的隨行動能(nm₀c²)被同斥異吸而弱化，擾動場激發波長為λ，弱化係數為ξ

按能量轉換有：ξmc²=(m/m₀)hc/λ，

得引力子波長：λ=h/m₀c，

得光子的質量：光子質量≡電子質量(m₀)

關於波的“直射·折射·衍射·反射”

這部分是拓展，但也是通俗易懂的，有些觀點是鮮為人知的。波的輻射行為，不外乎這樣的邏輯鏈：直射→折射→衍射→反射。意思是：

①當初始波節或場量子半徑很短，容易在較大的原子內空間穿越而表現為“直射”。

②但是隨著波的衰減或初始波節較長，就會受到核外電子的碰撞而發生“折射”或散射。

④注意：從迎著折射方向來看，波的折射表現為“反射”，雖然承認，波的反射角≡波的入射角，但嚴格講，反射波頻率≤入射波頻率。

1. 波的直射

波的直射(radiation)也叫穿越(passthro)，指高頻波在“低密度介質”中的輻射或傳播。

直射的本領，取決於波節的半徑(λ/2π)。半徑越小，與電子碰撞機會越小，越容易直射。

似乎任何介質中的引力波總是直射的。因為引力波震源之電子勢能Ep₀=m₀c²是最大的。

激發引力子頻率f=m₀c²/h=1.24×10²⁰赫茲是最高的，引力子有最短波長λ=2.42pm，引力子半徑只有r=λ/2π=0.38pm。

然而，原子內空間半徑至少有539pm>>引力子的0.38pm。這可以解釋“在通常情況下，引力(或引力波或引力子)可以穿越任何天體”。

比較，光子波源之電子的軌道動能≤½m₀c²。超高頻波長≥4.85pm，半徑≥0.77pm，可穿越普通的原子或天體。

可見光波長≥38萬pm，半徑≥6萬pm，不能穿越原子或天體。當波長≥332pm(紫外線)，才有可能從原子或天體直射出去。

必須指出：波的傳播總要逐漸衰減，這叫“降頻紅移”，若波程較短，可近似波長不變。

但是，當遠遠大於拉格朗日平衡點，離地太遠的引力或引力波，不可能穿越原子。

因為，引力子半徑越來越大。只要天體足夠遠，其引力場與引力波，就可以忽略不計。

至此想一想，那些“引力子與中微子可以穿越一切而通行無阻”的說法，是否可靠？

2. 波的折射，

波的折射(refraction)，也叫散射(scattering)，是波受電子碰撞的區域性“透射”的偏折現象，本質是電子反彈光子的場效應。

在Sunny照射下，河面上有波光粼粼是因為水分子裡核外電子的碰撞，地面上有實體影子是因為實體裡核外電子的碰撞。

用鐳射束(可見光)照射高速電子：電子被減速，鐳射束被藍移，服從熵增加法則。這是鐳射製冷的原理。

用紫外線(高頻率)照射高速電子：電子被加速，紫外線被紅移，服從熵增加法則。這是光電效應的原理。

影子發暗，也可用三原色(或三基色)來解釋。

光源的顏色疊加，會越來越亮，強調無障礙干擾，有光子間的共振，因為可見光頻率在同一數量級。

顏料的顏色疊加，會越來越暗，強調有障礙干擾，分子內有光電效應，電子被加速同時光子被紅移，服從能量守恆。可見光照射的障礙物的衍射，相當於顏料的光電效應。

3. 波的衍射，

光的衍射(diffraction)，指波被障礙物的核外電子碰撞，偏離直播方向而“降頻紅移”。

這很像在池塘邊反覆拍水，激起的水波，如同多米諾骨牌一樣，前推後擁。

當水波遇到浮筒，波動能轉換為浮筒動能。被擠到浮筒兩側的水波降頻紅移，並改變原來的波動方向。

波在穿過狹縫、小孔或圓盤之類的障礙物後，也會受電子碰撞或擠壓，而衍射或“繞射”。

假設，將一個障礙物置放在光源和觀察屏之間，則有邊界模糊的明暗相間的複雜圖樣出現在觀察屏上，這現象稱為衍射。波在其傳播路徑上遇到障礙物，就可能發生衍射。

光波穿過折射率不均勻的介質時，聲波穿過聲阻抗不均的介質時，也會發生衍射效應。事實上，機械波與電磁波皆能發生衍射。

4. 波的反射

波的反射(refraction)，是波節偏大而無法進入原子內空間的場效應現象。

例如，房間隔音，是機械波波長偏長，聲子波節偏大，不能穿過牆壁材料原子內空間。

▲迴音壁，皇穹宇的圍牆，這是古人的智慧。

若聲波頻率f=2萬赫茲，則作為場量子的聲子波長λ=c/f=3×10⁸/(2×10⁴)=1.5×10⁴米。

但是，由於聲波有衍射，如果房間不是完全封閉，聲波可繞過大粒子介質傳播出去。

再如，鏡面反光，是因為可見光波長偏長，光子波節半徑偏大，不能穿過銀原子內空間。

結語

光，是一種波，是頻譜極窄(λ=380~780nm)的電磁波。光子，可以虛構為一個波節，是與電子激發場效應的一個統計單元。

影子，是一種暗淡的光，是一種衍射效應，是可見光繞過並在障礙物背後發生了降頻紅移，也可以嘗試用顏色的三基色原理來解釋。

根據湮滅方程可規定，光子質量≡電子質量。隨著光程推進，光會漸漸衰減，波節漸漸拉長，波節半徑漸漸變大，光子密度越來越稀薄。

根據熵增原理，光的傳播與其它波一樣，也有降頻紅移的現象。但是，在不很長的光程中，可近似認為，單色光的各項引數基本不變。

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