光子的靜止質(zhì)量為零,光子的質(zhì)量不為零
光對被照射物體單位面積上所施加的壓力叫光壓.也稱為輻射壓強.當物體完全吸收正入射的光輻射時,光壓等于光波的能量密度；若物體是完全反射體,則光壓等于光波能量密度的2倍.這個關(guān)系可以由經(jīng)典電磁理論得到,也可以直接由光的量子理論得到.麥克斯韋依據(jù)經(jīng)典電磁理論首先指出了光壓的存在.1899年,俄國物理學家列別捷夫用實驗測得了光壓,證實了麥克斯韋的預言.光壓的存在說明了電磁波具有動量,因而是電磁場物質(zhì)性的有力證明.愛因斯坦光子假設又進一步說明了光壓存在的合理性.
光壓很小,如果陽光直射到地面,并且光被地面全部吸收,那么地面所感受到的光壓也只有4.5×10-6帕.
一、測量光壓的實驗
列別捷夫所用儀器的主要部分是一用細線懸掛起來的極輕的懸體R,其上固定有小翼a及b,如圖1示,其中一個涂黑,另一個是光亮的.將懸體R置于如圖2所示的真空容器G內(nèi).借助透鏡及平面鏡系統(tǒng)將由弧光燈B發(fā)出的光線射向小翼中的一個.由于作用在小翼上的光壓力,使懸體R轉(zhuǎn)動.轉(zhuǎn)動的大小,可借助望遠鏡及固定在軸線上的小鏡觀察到.移動雙鏡能使光射在涂黑的小翼上.比較兩種情況下懸體轉(zhuǎn)動的大小,列別捷夫測得,涂黑表面所受的光壓力比反射表面所受的光壓力小一半,與理論完全符合.
借助薄片P1使光流的一部分射到溫差電池T上可以度量入射光能量的大小,因而可以對理論作出定量的驗證.
二、光壓的量子理論解釋
按照光子說的觀點,光壓是光子把它的動量傳給物體的結(jié)果.設頻率為υ的單色光,每秒垂直入射到物體表面每平方米上的能量為E,則每秒垂直入射到物體表面每平方米上的光子數(shù)為N=E/(hυ).因為每一個光子具有動量p= hυ/c,當光子被物體所吸收時,每個光子傳給物體的動量為p= hυ/c,如果入射光子全部被物體所吸收,則物體表面每平方米在每秒內(nèi)所獲得的動量應等于N·p=E/c.物體表面每平方米在每秒內(nèi)所獲得的動量,即光作用在這個面上的光壓為E/c.當光子被物體所反射時,光子的動量從＋hυ/c變到－h(huán)υ/c,則每個光子傳給物體的動量為2p=2 hυ/c.如果入射光子全部被物體所反射,則作用在物體表面上的光壓力為N·2p=2E/c.
在一般情況下,當物體表面的反射系數(shù)為ρ時,則在每秒內(nèi)入射的全部N個光子中,有(1－ρ)N個被吸收而ρN個被反射,所以作用于物體表面上的光壓為
根據(jù)列別捷夫的測量,光壓力的數(shù)值在測量的誤差范圍內(nèi)與理論值符合得很好.
回答者：famorby - 大魔法師 九級 1-7 21:48
相對論、光子、光速和時間