达到光速的物体,为何一定要质量为0?
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,具体地质增效应公式如下:
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,还有饺子的静质量也为0。同样地,饺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。
2024-04-15 广告
在爱因斯坦的相对论中,光速是不可超越的,因为一旦超越了光速,可能就会发生一些不可思议的事情,至于为何?可能只是宇宙制定的基本游戏规则罢了!