把光子运动质量视为惯性质量的困难
1.现代物理学对于光子本质认识的困惑
1.1光子是不稳定的吗?
各种观察和试验表明,光子的稳定时间至少在1033年,然而,许多物理学家认为,如果这三种原子力确实是单个统一场的不同表现形式,前文所说的神秘变化的超大玻色子就会不时从夸克中演化出来,使夸克及其组成的光子衰退.如果一开始你认为这些物理学家脑子出了点毛病,那也是情有可原的,因为按理说微小的夸克不可能生成比它重这么巨大倍数的玻色子,但根据海森伯的测不准原理,我们不可能同时知道一个粒子的动量和位置,这就间接使这样一个大胆命题可以成立,因此一个巨大的玻色子由一个夸克中生成,在很短时间内形成一个光子并使光子衰变是可能的.
1.2光子是电中性粒子,为什么有光波的特性?光子具有运动质量,它们之间为何没有万有引力,如果存在万有引力,光速不变性原理是否仍然成立?
根据这里的假设,当一束光从点光源发出时,它的能量不是随着体积增大而连续分布,而是包含一定数量的能量量子,这些能量量子在空间上局域,不随运动而分裂,并只能作为一个整体被吸收和发射.依据我们今天的见解,物质的基本粒子按其本质来说,不过是电磁场的凝聚,而决非别的什么.整整50年有意识的思考还没有使我更接近光量子是什么这个问题的答案.---爱因斯坦
2.把光子运动质量视为惯性质量的困难
从太阳上能否同方向同时发出两个光子?它们的相对速度是0还是c?
规范场负责传递相互作用,而场的量子化的稳定态对应了粒子,所以规范场的量子化必然就对应了某种场媒介粒子,比如电磁场的量子化对应了光子.传播相互作用的时候的光子,和独立被激发时候的光子还有不同,术语叫做“虚光子”和“实光子”.虚光子只在相互作用的过程中出现,对应到费曼图,就是虚光子只是费曼图中的内线,而实光子则对应了费曼图的外线.在量子力学中,粒子是场的激发态,而场传播力,所以这种激发态既可以是稳定的激发态,对应实光子,也可以是被别的粒子激发而导致的激发态,对应虚光子.在虚光子过程中,只要在相互作用过程中符合能量守恒(具体说来就是费曼图的顶角上能量总和不变),怎么样的光子都可以出现.量子理论中的激发态,如果是对应虚光子的被动激发态,那么其实是没有除了能量守恒以外更多的限制的——当然,严格说来还需要满足对称性与规范条件,以及反常消除条件等等,不过都是量子化以后的,没有经典对应.实光子与虚光子有何区别,它们是如何转化的?
根据2011年6月3日瑞典查尔姆斯理工大学在《自然》杂志公布的一项实验结果表明,实验成功的从真空中捕获到了不断出现和消失的光子,成功将虚拟光子转变成真实光子,制成了可测量的光,首次观测到40多年前就曾被预言的动力学卡西米尔效应,即平行金属板在辐射场真空态中存在吸引力的现象.下图为卡西米尔效应原理图:
根据光的电磁本质的观点,很容易判定爱因斯坦当年设计的理想实验是错误的——设想一个箱子,箱子有个孔,里面关着许多光子,在一定的条件下,每次以够快的速度打开箱子的门一次只放飞一个光子.因为时间极短,△t是足够小的,这时箱子里的光子少了一个,那么它就轻了一点.用个理想的秤来秤一下.假如箱子轻了△m,那么飞出去的光子重△m,根据相对论的质能方程E=mc2,就可以精确地算出箱子内部减少的能量△E.那么,△E和△t都很确定,波尔的主将海森堡的公式E×t>h也就不成立.
根据经典力学光子的动能为0.5mv2,v=c,即0.5mc2,可是根据质能方程为mc2,对于难道除了动能还有其它形式的能量?这显然存在着不协调?
根据光的电磁本质,电磁质量的能量不能利用0.5mv2计算,矛盾便自然解决了.笔者认为氢原子在能级跃迁与反氢原子在能级跃迁时释放的光子的性质应该不同.
当光源相对于观察坐标系运动时,光波产生多普勒效应频率变化;当光源作横向运动时,光波不产生非相对论的多普勒效应,但按相对论由洛仑兹变换引入一个因子使频率变快为兰移,反映光子能量增大.按狭义相对论,运动钟的时率变慢,光波频率变慢,应该产生红移,为什么横向多普勒效应得出结果为兰移.根据光的电磁本质的观点,光子具有电磁质量,不满足洛伦兹变换,矛盾本身就不存在.如果光子具有引力质量,那么光子在引力场中的运动速度改变,与光速不变性原理矛盾.
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