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误解,天大的误解!-—光子有质量就会颠覆相对论

2024-07-24科学

我和网友交流时,发现不少网友质疑: 光子有质量就会颠覆相对论。这绝不是空穴来风,这是有根据的。根据还不是一般人的,是大名鼎鼎的爱因斯坦!

哪个爱因斯坦?世界之大,芸芸众生,会不会有同名同姓的可能?不。是那个写出惊世骇俗,彻底颠覆人类时空观宇宙观的【相对论】的阿尔伯特 · 爱因斯坦。

爱因斯坦在相对论中不止一处,多次表示——比如在1·15节「一般相对论的普通结果」,「具有m质量的点的相对论动能表示为:

当速度u 接近光速 c 时这个表达式接近无穷大。」

爱因斯坦

按正常人思维定势,当动能表达式是连续的,那么在光速时,表达式等于无穷大。可是爱因斯坦后边还有一句话呢:「因此,无论产生加速度的能量有多大,速度u必然小于c。」

也就是说 洛伦兹变换中的变换因子里u是不能等于光速 c 的。 那么具有光速的质点相对论动能又该如何表示呢?下面是关于这个问题我的一个推理。

假设一列火车自左向右,以速度 u 匀速在笔直的路轨上行驶。突然一道闪电同时击中了火车和路轨,在火车和路轨上,沿运动方向各放射出一个光子。

如果光子有质量,则记路轨上的光子为

,光子速度为 c ;记火车上的光子质量

。如果现在依照相对论,相对性原理,运动是相对的;假定火车是静止的,那么将会看到,路轨自右向左 以速度u 匀速 运动。这时火车上的光子速度是多少呢?

可以先写出火车上光子的位移、时间公式

......(1)

......(2) 两式边边相除,位移比时间等于速度,这样左边有

,右边有

式中引用了

如果路轨上光子的速度

所以等式右边就有

可见火车上的光子速度,毫无疑问也为 c 这不是光速不变吗?

这样同时在路轨和火车上有,光子的质量和速度。 根据相对性原理,物理定律与惯性参考系的选取无关,或者说惯性参考系对物理现象、规律的描述是平等的。所以就有下列等式:

等式两边同除以光速,可得:

所以 如果光子有质量,那么运动系的光子质量等于静止系光子的质量。

这一结果表明,极端吻合:光速是速度的极限(最大值),静止是速度等于0(最小值),光子的两种极端情况,它们的质量是相同的。有问题吗?欢迎讨论!