影子有重量吗?这可是个深奥的问题!在大家的视觉印象中黑色表示厚重,因此黑色的影子在视觉上是存在重量的,但事实上的结果却是,有影子的地方反而是轻了!这是何为呢?
光存在重量吗?
影子有没有重量这个问题关键在于光,因为没有光就没有影子,因此我们要从问题的源头来解决!我们都知道光曾经有光子和波动两种说法,两者在历史上多少发生激烈交锋,时而光子理论和波动理论在争吵中各自前行,而1905年的爱因斯坦发表的光电理论确实给了波动说当头一棒,但最终光子和波动在量子力学中完美统一!
但此问题讨论光的重量却不需要到量子力学中去统一光的波动说和粒子说,只需要将1905年爱因斯坦在发表的狭义相对论的外一篇《物体的惯性同它所含的能量有关系吗》即可解释清楚,这是当年发表的5篇论文中的一篇,描述了物体的质量与能量之间的关系,如果各位有兴趣看推导过程的话,不妨看下图:
E=mc?,很多朋友会误解成质能转换公式,但其实只说对了一半,因为这表示理解了能量的来历,却不明白能量其实就是质量,质量也就是能量,这两者根本就是一体两面的关系,两者是完全等价的,因此我们只要计算出光子的能量来,即可了解它所蕴含的质量,也就知道了光的重量!
当然我们知道了能量必定会带来质量,那么光的质量怎么计算呢?这得请出普朗克大师来说说量子的来历了,19世纪末关于黑体辐射两个公式,瑞丽金斯公式和维恩公式分别管住了黑体辐射的低频和高频端,维恩公式计算低频只是不准而已,但瑞利金斯公式计算高频时却出现了无穷大能量的现象,这就是紫外灾变的来历。
普朗克对黑体辐射非常感兴趣,一直都想将瑞利金斯公式和维恩公式统一起来,最终他成功了,但必须将传统意义上连续的能量转换成一份份的能量才可以,并且普朗克这个量子化的黑体辐射公式是拼凑起来的,但意义却很重大,他将这个最小的能量子定义为h,也就是普朗克常数,光子的能量则等于它与频率的积:
E=hv,这是一个经典的能量子应用公式,可惜普朗克在这个量子化道路上也走的不是很彻底,以至于他连自己的一手缔造的黑体辐射公式都谨慎使用,这确实是一个悲哀,作为量子力学之父存在的普朗克在量子道路上一波三折,当然这是以后的故事了,在这篇文章中,光子能量计算方式已经有了!
因此从理论上来看,光子的质量就等于M=hv/c?,当然这个质量极其微小,但至少它是存在质量的!
影子存在质量吗?
前文我们说明光是存在质量的,其原因就是其存在能量,而影子则是光子被障碍物挡住了,光子无法穿透障碍物形成的阴影!简单的说被阴影挡住部分少接收了光子的能量,因此从理论上来看这部分的质量是会减轻的!
当然有朋友会问1000个影子叠起来有多重,这更是一个丧气的问题,因为光斑可以叠加,最终结果是更亮,但影子即使你把光源全部挡住,它只是变黑而已,你要再加几层,它还是那么黑,理论上纯黑就是没有一个光子辐射,无论是什么颜色,他都全黑了!所以总不能把光子挡成负数吧,这就是影子叠加没有任何意义的原因。
我们似乎可以定义一下了,光存在质量,影子却没有质量,反而会因为影子而减轻质量!