光子是如何达到光速的?

作者: admin 分类: 房产 发布时间: 2019-05-09 09:19

光子会以光速运动,真空中的光速(c)是宇宙中最快的局域速度,那么,光子是如何达到光速的呢?为什么光子在真空中会一直以光速前进呢?

事实上,光子无需加速直接就能达到光速,光子在产生的一瞬间就已经是光速,没有从零加速到光速的过程。之所以光子会如此特别,是因为光子没有静质量,这就使其必然以光速运动。

根据狭义相对论,一个静质量为m0的物体,如果它的相对速度v逐渐加快,那么,它的运动质量m也会逐渐增加,它并非像经典力学中所认为的那样保持不变,具体的质增效应公式如下:

从上式中可以看到,如果物体的速度无限接近光速,它的动质量将会无限增大。在这种情况下,让物体继续加速到光速是不可能的,因为所需的能量是无限的。因此,如果物体拥有静质量,那么,无论怎样加速,它的速度始终无法达到光速。

由于光子的速度为c,这意味着上述公式的分母为0。为了使上述公式有意义,根据高等数学中的0/0型不定型极限,这就必须要求分子也为0,即光子没有静,质量。在这种情况下,上述公式有意义,这意味着光子有动质量。那么,光子的动质量为多少呢?

首先,根据光子的能量(E)公式可得:

E=hν

上式中,h表示普朗克常数,ν表示光子的频率。

再结合质能方程(E=mc^2),可以得到光子的动质量为:

m=hν/c^2

除了光子之外,还有胶子的静质量也为0。同样地,胶子的速度也必然为光速。只要物体没有静质量,它只能以光速运动,它在出现的一瞬间就已经达到光速,无需任何的加速过程。

关于狭义相对论的质增效应,已经在粒子加速器中得到了充分的验证。无论粒子加速器有多么强大,对于一个有质量的亚原子粒子,即便是小如质子或电子,它们都无法被加速到光速。在强大的粒子加速器中,亚原子粒子很快就会被加速到亚光速,但进一步加速也只能让速度提升一点,更接近光速一点,但就是不能达到光速。

如果觉得我的文章对您有用,请随意打赏。您的支持将鼓励我继续创作!