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在媒质中传播的光子还有质量吗?
[楼主] 作者:wangjqq  发表时间:2003/01/12 18:49
点击:576次

     在媒质中传播的光子还有质量吗?按照相对论的说法,光子的静止质量为零,但是当光子以光速运动时,按照爱因斯坦的运动物体的质量与速度的关系式,式子变成了0/0,于是光子就有了质量,其值可以用公式E=MC2 推算出来。 
    但是,当光子在媒质中传播时,例如在玻璃中传播时,光子的速度小于真空中的光速。按照质量与速度的关系式计算分母不为零,所以就应得出光子质量为零的结论。而如果按照公式 E=MC
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计算,由于光子仍然有能量,所以就应得出光子仍有质量的结论。
    那么,究竟应该怎样计算呢? 
    对于媒质中的光子质量,最早的解释方法是:计算媒质中的光子质量时,C应该是媒质中的光速。

    上述解释很快就站不住脚了。由于切伦科夫辐射的发现,导致了超过媒质中光速的带电粒子的发现。并且已经发现在媒质中接近真空中光速C的带电粒子。

    于是,有人开始将媒质中的光速变慢解释为光子在媒质中与媒质的原子产生碰撞,走的不是直线而是折线,所以光速变慢。

    折线解释有一个最大的难点是难以解释光的方向问题,因为大量的折射只会导致散射,无法解释媒质中光的传播方向。于是最新的解释变成:在媒质中传播的光子被媒质中的原子吸收,然后又在原方向上把光子释放出来,这个吸收与释放的过程需要时间,于是光速变慢。

    吸收解释不能解释光的方向问题,而最大麻烦是与量子力学不相容。根据量子力学的说法,原子吸收与释放的能量是量子化的,不能随意吸收与释放,因此不能解释连续频谱光子的传播问题。

    其实,我们也不妨为那些相对论的捍卫者提供一种解释:光子并没有被媒质的原子吸收,而是绕着原子转圈,这至少可以避开量子力学的麻烦。至于转多少圈,圈的直径多大岂不是随心所欲的事情吗?(直径大,圈数就少。直径小,圈数就多)至于光的方向问题可以解释为:前一个光子在转圈的时候,如果被后一个光子撞上,就停止转圈而飞走,而只有在原方向被撞到,才能够飞走,于是方向的问题也解决了。尽管有些牵强,毕竟可以抵挡一阵。至于为什么光子会绕着媒质的原子转圈,你们这些江湖物理学家当然不懂,看书去吧!(哪本书里有,天知道。)

    这类问题都属于科普问题,像落地的苹果与斜塔的铁球一样简单,大师们是不屑于研究的,弄得不好,可能会暴露出更多的漏洞。前面所提到的若干种解释都是信徒们提供的,这种由信徒提供解释的方式有一个极大的好处:解释的好,那说明相对论的伟大,解释错了,那是信徒的水平不高,反正相对论都是正确的。

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 [2楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2003/01/12 19:06 

由于规范对称性,光子无质量,在介质中也是无质量。但是,

如果按平均场理论(相当于Lorentz对Maxwell理论在介质中的推广),那么可以把拉各朗日量中光子与介质相互作用这一项归咎于光子具有有效质量相。这是唯象理论的方便之处。

介质中出现超光速,是不违反Lorentz变换的。这相当于拉各朗日量中光子与介质相互作用这一项为负(如,反常色散导致质量相为负,出现超光速)。

 [3楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2003/01/12 19:13 

 

【【【由于规范对称性,光子质量为0,在介质中也是0。但是,在介质中,光子与介质相互作用,光子不自由。用平均场观点看来,Lagrange中这一项可以归咎于光子具有有效质量项(effective mass term)。唯象理论的这一做法,很方便。

在介质中出现超光速,不违反相对论。反而是相对论的因果律(色散关系)的证明。反常色散能导致超光速,这类似于有效质量项为负。】】】

 [4楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2003/01/12 19:28 

 

在媒质中传播的光子还有质量吗?按照相对论的说法,光子的静止质量为零,但是当光子以光速运动时,按照爱因斯坦的运动物体的质量与速度的关系式,式子变成了0/0,于是光子就有了质量,其值可以用公式E=MC2 推算出来。 
    但是,当光子在媒质中传播时,例如在玻璃中传播时,光子的速度小于真空中的光速。按照质量与速度的关系式计算分母不为零,所以就应得出光子质量为零的结论。

【【【【【【由于规范对称性,光子质量为0,在介质中也是0。但是,在介质中,光子与介质相互作用,光子不自由。用平均场观点看来,Lagrange中这一项可以归咎于光子具有有效质量项(effective mass term)。唯象理论的这一做法,很方便。

在介质中出现超光速,不违反相对论。反而是相对论的因果律(色散关系)的证明。反常色散能导致超光速,这类似于有效质量项为负。】】】

】】】】

而如果按照公式 E=MC2 计算,由于光子仍然有能量,所以就应得出光子仍有质量的结论。

【【【不能简单运用E=MC^2,因为光子在介质中不自由,有介质光子相互作用能。光子与介质的能量是不能区分的,只能当作一个整体。或者用平均场理论看待,把光子当作自由,但是把Lagrange中这一项可以归咎于光子具有有效质量项(effective mass term】】】
    那么,究竟应该怎样计算呢? 
    对于媒质中的光子质量,最早的解释方法是:计算媒质中的光子质量时,C应该是媒质中的光速。

【【【这种做法只有对色散很弱或者无色散介质是可以的。对于其他色散很强的介质,这种观点是错误的,毫无意义。】】】

 

    上述解释很快就站不住脚了。由于切伦科夫辐射的发现,导致了超过媒质中光速的带电粒子的发现。并且已经发现在媒质中接近真空中光速C的带电粒子。

 

于是,有人开始将媒质中的光速变慢解释为光子在媒质中与媒质的原子产生碰撞,走的不是直线而是折线,所以光速变慢。

【【【【【【这种模型是对的,不过实际操作起来麻烦。但是不必担心光的方向问题,原子吸收光子散射,在发光,恢复到原状态,不改变散射前后的光的方向(Ramman散射出外)。】】】】

 

折线解释有一个最大的难点是难以解释光的方向问题,因为大量的折射只会导致散射,无法解释媒质中光的传播方向。于是最新的解释变成:在媒质中传播的光子被媒质中的原子吸收,然后又在原方向上把光子释放出来,这个吸收与释放的过程需要时间,于是光速变慢。

【【【【【【其实具体分析变慢的细节,意义不太大,也很难。在反常色散介质中的超光速,这个吸收与释放的过程需要的是负时间?!它不是使得光速变慢,而是变快。总之,光速变化,是多方面作用的结果,定量体现在折射率上面,至于具体分析其细节,是有点麻烦的。可以用平均场理论,也可以用其他理论。模型不同,解释也不同。模型都是唯象的。介质中光速问题是很成熟的理论,如Sommerfeld-布里渊理论。你的问题考虑考虑是可以的,我有时也在考虑你这个问题,但是意义并不大。】】】】】】】

 

    吸收解释不能解释光的方向问题,而最大麻烦是与量子力学不相容。根据量子力学的说法,原子吸收与释放的能量是量子化的,不能随意吸收与释放,因此不能解释连续频谱光子的传播问题。

 

    其实,我们也不妨为那些相对论的捍卫者提供一种解释:光子并没有被媒质的原子吸收,而是绕着原子转圈,这至少可以避开量子力学的麻烦。至于转多少圈,圈的直径多大岂不是随心所欲的事情吗?(直径大,圈数就少。直径小,圈数就多)至于光的方向问题可以解释为:前一个光子在转圈的时候,如果被后一个光子撞上,就停止转圈而飞走,而只有在原方向被撞到,才能够飞走,于是方向的问题也解决了。尽管有些牵强,毕竟可以抵挡一阵。至于为什么光子会绕着媒质的原子转圈,你们这些江湖物理学家当然不懂,看书去吧!(哪本书里有,天知道。)

 

    这类问题都属于科普问题,像落地的苹果与斜塔的铁球一样简单,大师们是不屑于研究的,弄得不好,可能会暴露出更多的漏洞。前面所提到的若干种解释都是信徒们提供的,这种由信徒提供解释的方式有一个极大的好处:解释的好,那说明相对论的伟大,解释错了,那是信徒的水平不高,反正相对论都是正确的。

【【【由于规范对称性,光子质量为0,在介质中也是0。但是,在介质中,光子与介质相互作用,光子不自由。用平均场观点看来,Lagrange中这一项可以归咎于光子具有有效质量项(effective mass term)。唯象理论的这一做法,很方便。

在介质中出现超光速,不违反相对论。反而是相对论的因果律(色散关系)的证明。反常色散能导致超光速,这类似于有效质量项为负。】】】

 

 [5楼]  作者:明日重现  发表时间: 2003/01/12 21:45 

jqsphy,您实在是太无知了。
时间是绝对的,空间是绝对的,质量是绝对的,这个实在是生而知之的真理,对之做任何解释都是对智慧和理性的侮辱。牛顿认可这三个绝对,所以牛顿力学是正确的。相对论否定这三个绝对,所以相对论是只能爱白痴一族的呓语。对于您的人品我万分钦佩,也倍感亲近,但对于您的学识我实在是感到震怖。愚民比暴民更可怕,绝对不可用“绝大多数的蠢货都是我这样的认识”来佐证自己的极度愚蠢是聪明的极限。 相对论不是人类最大的错误,但无疑是最愚蠢的错误。显然,解决最大的错误比解决最愚蠢的错误要来得容易,这是因为蠢货不同于坏人,永远听不懂别人在说什么。现在,我要去解决人类最大的错误,顾不上关心您了,请见谅。在这个蠢窝里,我根本无法体现和发挥我的才智。更何况,做没有回报和成效的义务科普实在是不合算。 过几年闲了再跟您这个可爱正直的捍相者瞎扯,至于其他的捍相者,就免了,他们的品行让我很是不爽。呵呵。
 [6楼]  作者:张若静  发表时间: 2003/01/12 23:59 

哈,就是不同意。

  我虽然也反相,但是绝不以为相对论是世界上最最愚蠢的错误,相反,我认为它是世界上最聪明的错误。

  另一面,我认为物质的质量是可变的,也是相对的。而时间与空间是否可变与相对,这要看度量的方法。最好看看志勰关于时间与空间的想法。



※※※※※※
张若静
 [7楼]  作者:明学  发表时间: 2003/01/13 08:58 

回复:jqsphy
沈先生的话是可信的,但在的光子的质量的解释中,有含混不清的地方,请沈先生解释规范对称如何导出光子无质量。

※※※※※※
明学达观
 [8楼]  作者:纪黎明  发表时间: 2003/01/13 18:17 

回复:从某种意义上说,质量本身就是能量的量度
质量起源于能量,能量最根本,至于宇宙能量的起源,应该说到现在还是一个谜,即使牛顿,也只能用上帝来回答这个问题,到目前为止还没有任何一个理论能令人信服地解决这个问题。但是我相信能量守恒定律是比其他任何规律都更基本,更可靠的规律,任何违反能量守恒定律的理论最终都必将被证明是错误的。

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