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中国科学家算出光子质量 小于10的负54次方千克
[楼主] 作者:时间量子  发表时间:2003/03/11 09:13
点击:583次

中国科学家算出光子质量 小于10的负54次方千克

http://www.sina.com.cn 2003年03月10日 16:29 北京晚报

  本报讯 在一个山洞里,华中科技大学的科学家罗俊和他的同事们根据一项科学实验的结果推断,在任何情况下,光子的质量都不会超过10的负54次方千克。美国最新出版的《物理学评论快报》刊文说,这一结果是此前已知的光子质量上限的1/20。

  光子是传送光线的粒子。大部分物理学家都认为光子是没有质量的。经典电磁理论是禁止光子具有任何质量的。如果这一理论不再适用,其产生的后果将是根本性的,例如,光

速将随波长的改变而变化,并且光波将像声波一样能够产生纵向振动。

  在国家自然科学基金的支持下,罗俊和他的同事们在一个山洞里完成了“用精密扭秤检验光子静止质量的上限”的研究———通过实验在宇宙磁势造成的影响中寻找光子质量的痕迹。前者是由星系以及星系团的磁场产生的,如果光子具有质量,这种宇宙势将与一组仪器产生的磁场相互影响,这组仪器将通电金属丝缠绕在一个悬浮的铁环上,并且缠绕的金属丝的扭矩非常小。由于宇宙势的方位是未知的,因此不论它来自哪个方向,研究人员只需将仪器旋转就能确保他们可以接收到信号。为了减少周围环境的磁干扰,研究人员在一个山洞中进行了这项实验。

  实验的结果是零,在这组仪器上,他们未能探测到任何扭矩的变化。根据他们这项实验的灵敏度推断,光子的质量必定小于10的负54次方千克,或者说是一个电子质量的1/1024。

  10的负54次方千克究竟有多重?中科院高能物理所的专家在接受记者采访时说,一纳米是10的负9次方米,相当于10亿分之一米,而10的负54次方已经是无法想象的小,接近于零。经典电磁理论已经相当成熟,这项实验算不上重大成果。

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[楼主]  [2楼]  作者:时间量子  发表时间: 2003/03/11 09:18 

实验的方法有问题,或者说这种方法是测不出来的
中国科学家算出光子质量 小于10的负54次方千克
 [3楼]  作者:冯小骏  发表时间: 2003/03/11 12:27 

回复:没测出来很正常, 如果测出来有限质量, 那倒是大成果了, 一大批理论物理学家也就能好好忙几十年了!
中国科学家算出光子质量 小于10的负54次方千克
 [4楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2003/03/11 13:01 

回复:这个实验理论基于一个叫什么帕的方程,几十年来一直在检验.
中国科学家算出光子质量 小于10的负54次方千克
 [5楼]  作者:kissangela  发表时间: 2003/03/11 13:27 

回复:他算的肯定有问题,而且是非原光子的质量,最基本原光子质量是7.36e-15128499kg,还是赶快整理书稿吧,不来看热闹了!
中国科学家算出光子质量 小于10的负54次方千克
 [6楼]  作者:wbx.21  发表时间: 2003/03/11 13:34 

回复:真正意义的“光子”是不存在的,光子是电子对新以太振动的传播。离开质量谈物质是形而上学;离开物质谈能量就什么也不是了。
中国科学家算出光子质量 小于10的负54次方千克
 [7楼]  作者:kissangela  发表时间: 2003/03/11 18:52 

回复:这个理论已经过时喽!光子有质量的,不过质量是怎么会事我现在可不想告诉你的说
中国科学家算出光子质量 小于10的负54次方千克
 [8楼]  作者:哥白泥  发表时间: 2003/03/11 23:23 

要看光子的定义

若把光子看作是声子一类的掁子则无质量。

如果把它看作是传动这种能量的介质。

其质量可能在10^-77kg量级。

 [9楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/03/12 01:16 

我估算的以太粒子的静质量:大约=10^(-37) kg

道理很简单,由声速的计算公式和实际实验数据可看出一个规律:
声速随声介质粒子的质量减小而上升,
按照这种规律的推算结果是:
要使以太粒子传播机械振动的速度等于光速的话,
那么以太粒子的静质量应该大约是:m= 10^(-37) kg,

分析和实测数据如下:
小振幅声波的传播速度可以准确地写作:
v=sqrt[(RT/M)(f+gR/hC)]

其中的参数f、g、h与压强p对温度T的偏导相关,
M是分子量(等于摩尔质量),
对理想气体,PV=nRT,于是:
v=sqrt(RTγ/M)=sqrt(γP/ρ)

γ-- 比热比,
ρ-- 气体密度=nM/V,
M-- 分子量,

从公式可知,小分子量M和低密度ρ气体的声速都比较高,
比如在T=0摄氏度下的不同分子量气体中的声速为:
氢气H2:--------1284(m/s)----分子量=2,
氦He:-----------965(m/s)---原子量=4,
水蒸气H2O:------494(m/s)---分子量=18,
氖Ne:-----------435(m/s)---分子量=20,
一氧化碳CO:-----338(m/s)---分子量=28,
二氧化碳CO2:----259(m/s)---分子量=44,
二硫化碳CS2:----189(m/s)---分子量=76,

以上参见:马大猷《声学手册》(超星下载)

可以看出:氢气的分子量是二流化碳的1/38,
所以其声速就接近二流化碳声速的sqrt(38)倍,
因为在等温条件下有:
v/u=sqrt(Mu/Mv)

那么以太的“粒子量”应该是氢分子的1/10^(10),
才能满足光速与氢气声速之比为:c/v=10^8/10^3= sqrt(10^10)倍,
而氢分子的绝对值量=3.345×10-27 (kg),
所以以太粒子的绝对质量大约应=10^(-37) kg,

现在除了中微子的静质量还不知道以外,
最轻的就是电子了=10^(-30) kg,
可是怎样测量“电子气”中的声速呢?
(比如所谓的“简并自由电子气”)
 可以算出 :“电子气”中的声速大约是氢气中的100倍,
即:v=120000(m/s),
要想得到“中微子气”恐怕还作不到,
不过今后会有办法的,这样就可以寻找其中的规律了?

几条有关电子气的搜索:
=========
物理擂台:
... 图中容器内有一个金属小桶,
小桶表面带有大量电荷由于温度升高,
大量电子脱离小桶表面,容器壁不吸附电子,
只与电子存在弹性碰闯,容器内的电子气满足热力学分布。
求这种分布。. ...
http://bbscity.com/scitech/ty/posts/1446.html>
(可惜该网页打不开)

==========
第十八讲 金属中自由电子气模型
http://cai.tongji.edu.cn/jiaoan_little/zhenghaoping/018.HTML>
第五章 固体电子论基础、

量子的电子气体模型: 金属中的阶电子组成电子气体(就象气体分子),
服从量子统计法的费密-狄喇克分布。

===========
如1985年和1999年的二个诺贝尔物理奖——
整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应均是
在强磁场下研究二维电子气时发现的。

转自《强磁场科学和技术》 香山科学会议第179次学术讨论会

=============


“物理擂台”中所说的电子气比较符合一般的想象,
据说金属中的自由电子会象一般气体那样无规则的运动(热燥声),
不过看来它们并没有参与金属中的声传播?
“二维电子气”(金属表面:二维?)是现在的主要研究对象之一,
“原子蒸汽”(原子气)也是现在研究的热门,
但还没有找到有关电子气中声速的文章,

固体中的声速一般为v=sqrt(E/ρ) (细长金属中的声速)
以下是各种金属中的声速,可以看出固体中的声速也与原子量强相关:


名称......分子量M.......声速v.......密度ρ......弹性模量E

铍(Be)-----9----------12890m/s-----1.87----------308
铝(Al)-----27-----------6420--------2.7------------70
钛(Ti)-----48-----------6070--------4.5-----------110
铁(Fe)-----56-----------5960--------7.9-----------195
镍(Ni)-----59----------[6040]-------8.9-----------205
铜(Cu)-----64-----------5010--------8.9-----------124
锌(Zn)-----65-----------4210--------7.1------------97
银(Ag)----107-----------3650-------10.5------------76
锡(Sn)----119-----------3320--------7.3------------47
钨(W)-----184----------[5410]------19.3-----------360
铂(Pt)----195-----------3260-------21.5-----------168
金(Au)----197-----------3240-------19.3------------80
铅(Pb)----207-----------1960-------11.3------------16

只有镍和钨由于E较大有些不遵从递减规律,
不过镍的出入较小,只有钨差的多一些,
但还是可以看出:原子的轻重与其声速有很大的关系?
这与气体中的规律很相似,
单原子液体也遵从“质量声速递减”规律:
一些液体中的声速(f=44.4MHz)
液体.....原子量......v(m/s)......T(K)
H2--------2----------1187----------17
N2-------28-----------962----------74
O2-------32-----------952----------87
Ar-------40-----------853----------85

多原子液体比较复杂,可能是由于溶液中的分子结合情况比较复杂?
比如NaCl溶液中是Na和Cl离子的存在形态,
(有些有机溶剂中的声速甚至与分子量成很稳定的递增关系,有待解释?)
以上数据参见:马大猷《声学手册》(超星下载)

现在看来已知最快的声速就是铍中的声速了---13公里/秒,
氢原子的质量大约是铍的1/10,
高压下的金属氢中的声速或许能达到130公里/秒?

总之,测量某种“粒子气”或“单粒子固体”中的声速
可以估算该种粒子的质量?
现在测量中微子的质量是个难题,
或许以后可以用某种方法产生一定浓度的“中微子气”,
那么测量其中的声速,就可以比较准确的估算出它的质量了?
如果它的声速是1千公里/秒---1万公里/秒,
那就与光速(30万公里/秒)很接近了?那又说明什么呢?
其中的规律似乎很有意思?

------------------------
另外,下面有一个关于“声子”的说明,似乎令人深感困惑?
声波与红外线有些难以区分了?

[美]J博克里斯《量子电化学》 , 第100页(超星下载)
3.2.1. 声子
固体中振子的运动可分解为两类运动,一类可称为声学的,
而另一类是光学的。在声学模式中,运动是水平的(或横向的)
(见图3.2a)。在光学模式中,原子做往复运动(图3.2b)。
这种运动在所谓红外光谱区有一个频率,因而被称为光学的。

 

 

 [10楼]  作者:马国梁  发表时间: 2003/03/12 11:25 

你没考虑以太的温度是2.7开,故以太子质量还应减小两个数量级!
中国科学家算出光子质量 小于10的负54次方千克
 [11楼]  作者:wbx.21  发表时间: 2003/03/12 12:17 

回复:尽管你的语言很时髦,不过质量是怎么一回事,你还是说不清吧?

质量是物理学家最难解释的概念,是近代物理最薄弱的环节。

 [12楼]  作者:kissangela  发表时间: 2003/03/12 14:24 

回复:Ka=m,K是一个系数为常数。a代表粒子空间与相对应真空的缩放比例,m为质量。证明在2个月后要出版的书上!
中国科学家算出光子质量 小于10的负54次方千克
 [13楼]  作者:kissangela  发表时间: 2003/03/12 14:26 

回复:m说严格点就静止质量等于惯性质量和引力质量!
中国科学家算出光子质量 小于10的负54次方千克
 [14楼]  作者:kissangela  发表时间: 2003/03/12 14:29 

回复:他的计算存在很大的问题,首先光子的质量不能用声速球,相对论的影响相当大的。用量子温度去计算那就是错上加错!
中国科学家算出光子质量 小于10的负54次方千克
 [15楼]  作者:kissangela  发表时间: 2003/03/12 14:29 

回复:他的计算存在很大的问题,首先光子的质量不能用声速球,相对论的影响相当大的。用量子温度去计算那就是错上加错!
中国科学家算出光子质量 小于10的负54次方千克
 [16楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/03/13 12:57 

真空温度是一个问题,还要下一步...

真空温度是一个因素,不过它对光速的影响不是很大?
这涉及到对“温度”的定义问题,
如果广义的定义温度为:粒子的平均动能 T=(1/2)mV^2,
对于分子或原子我们可以控制一定体积内的声介质粒子的数量,
(暂不考虑外界的作用传递)
从而压力P减小,温度T下降,对于理想气体有:
PV=RT,
所以温度(与声介质粒子数相关)对声速的影响很大:
v= 331.45 sqr(T/273.16),
当T=2.7K时,v就很小了,
但是此时对光介质粒子的数量并没有什么影响,
我们现在还无法控制一定体积内的光介质粒子的数量,
所以真空温度对光速的影响就很小了?
(现在对怎样定义“真空温度”也还有各种的争论)
除非我们能压缩以太,才能得到一大气压下的真空温度?
(也可以检验一下“气体常数”R是否仍然适用?)
不过一个大气压的“真空”是什么意思呢?
这个问题会被现在学者认为是一个很荒唐的问题,

所以暂时还考虑不了温度的问题,
现在对怎样定义“真空温度”也还有各种的争论,
所以只能是大概的估算,

关键是要说明:
介质粒子的质量与波速之间有明显的规律可寻,

并非“旧以太论”所假想的:以太的刚度必须是无穷大才能得到c,
(现在的一些“新以太论”依然采用这个假设,这种趋势很不利?)
对于气体,当其质量很小时,同样可以预测其波速会很大,
这可能是“新以太论”的一个关键思路,
虽然现有的数据足以说明一些问题了,
但还需要有质量更小的、一定状态下的粒子声速资料,
这可不太容易?

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