牛顿与爱因斯坦眼中的时空观-17光会停下来吗?相对论的动量与能量
今天我们继续爱因斯坦相对论时空观的也探究。其实很想说说光对光的问题,总觉得意犹未尽。这个光可是相对论中的一号主角。
我们已经知道了动量P等于MV能量一等于MC平方。那么这两个公式消去M就得到V平方等于一平方分之C的4次方,再乘以P的平方。把这个式子带入相对的能量公式,可以导出一平方等于P平方C平方加上M0平方C的4次方,这个公式就是质点的能量动量质量关系式。你看PC和M0C平方作为直角三角形的两条直角边的话,那么这个直角三角形的斜边的长度就是一好记。当速度远小于光速的时候,伽马等于一的时候,公式可变成牛顿质点,动能公式可以化成2分之1MV平方。
对于我们感兴趣的光子,它是没有静止质量的,能量E等于PC动量P等于一除以C质量M等于一除以C平方。光子没有静止质量,没有静止能量,但是有运动的质量、动量以及动能。所以光子具有物质性。为了区别光子和别的物质的区别,我们称其他物质为食物物质。
假如有一个静止质量为M0,动能为2M0C平方的A粒子和一个静止质量为2M0处于静止状态的B粒子相互碰撞并结合在一起,碰撞前后没有能量损失的话,求碰撞后复合粒子的静止质量。设碰撞后复合粒子静止质量为大写,M0,运动质量为大写的M速度为V碰撞前后动量守恒,能量守恒。根据已知条件,碰撞前可以算得A粒子的动量等于二根号2M0C而B粒子动量为零。碰撞前二者能量相加等于5M0C平方。碰撞后结合后的粒子动量大写为M为能量大写为MC平方。由于碰撞前后动量守恒,能量守恒,可以算得结合粒子的净值质量为根号17M0。
我们一直说光传播不会停下,光子没有静止质量。其实有洛伦茨速度变化是也可以导出来。一个参考系上发出一束光,光速为C另一个沿着光传播的方向追光运动的参考系,无论速度多快,测得光速还是C这是洛伦茨速度变换式。因为时间T不等于T撇,所以求导的过程就比较复杂。好,这个推导的过程我这里就不说了。
现在我们回到前面提出的问题,地面发出一束光事件是VX等于C。火箭追光而行用洛伦兹变换式计算,火箭上测得的地面的光速还是C真空中光还真的不会停下来,让光进入介质,光也仅仅是慢下来而不是停下来,所以光没有静止质量。不过现在的科研人员让光可以慢得出奇。原本光进入介质,光会折射,大家都知道不知道,大家是否还知道光的折射是因为光进入戒指以后走的慢了。你看图一束光射下来,在虚线处大家都还是齐头并进,这条直线就是这个时候的波,正面接下来就不对了,你看光线A就是最下面那条线先进入水……