光子动量

光子动量 光子动量光子没有质量？为什么能推动物体？

静止光子没有质量，但它拥有能量和动量，有动量就能推动物体。

当然，也有人会说，光子没有静止质量，但它拥有相对论质量。

这可以通过两个公式来体会。

首先光子的能量公式是：E = hf (h是普朗克常数，f是光的频率）然后再按照爱因斯坦著名的质能方程是：E = mc^2结合这两个公式就可以推导出，可以推导出光子的运动质量，也就是所谓的相对论质量。

但其实，按照麦克斯韦的电磁理论，电磁波本来就带有动量——光子也是一种电磁波——只要有动量，动量就可以发生转移，因此光子就能够产生出辐射压（电磁辐射）。

图示：P是光子动量，h是普朗克常数，λ是波长。

波长越短的光子，动量越大。

如何测量光压或辐射压？早在1619年，天文学家开普勒，就用想象中的辐射压力来解释彗星的尾巴为何总是远离太阳，从来没有出现过，彗尾对着太阳的彗星。

图示：彗星围绕太阳的运行时，彗尾总是远离太阳，这需要一个特别的解释。

当彗星被太阳加热后，产生的挥发性气体构成了彗尾。

但彗尾总是远离太阳，需要一个解释，开普勒认为，这是由于光具有某种压力，推动着彗尾远离太阳，而且这种压力一定大于太阳对彗尾中那些挥发性物质的吸引力，所以彗尾才总是远离太阳。

顺便说一句，当所有挥发性物质都被蒸发后，彗星就变成了小行星。

图示：1865年，儒勒·法尔纳的科幻小说《从地球到月球》中，率先推出想象中的太阳帆技术，看来法尔纳赞同开普勒的猜想，而且率先想到了它的潜在用处。

当麦克斯韦写出他的电磁方程式后，电磁方程说光拥有动量，这也就意味着，光照射到物体上时，只要不是完全透明的物体，当光子从该物体表面被反射时，那就会产生辐射压力。

但仅仅理论推导是不够的，还得用实验来证明辐射压或光压是真实存在的。

1900年，俄国物理学家找到了测量光压的办法，在1900年的巴黎世界物理学大会上，彼得·列别捷夫宣布了他的辐射压测量实验成果。

这项实验也成为第一个定量验证麦克斯韦电磁学理论的实验，事实证明麦克斯韦的电磁理论靠谱，从此它就成为指导人们利用电磁波给人类谋福利的核心理论。

太阳帆研究现状图示：NASA的太阳帆设想图太阳能发电不稀奇，不管是在地球上还是太空里，许多卫星、月球或火星上的漫游车，都在使用太阳能发电。

但直接用太阳光的辐射压力来进行星际航行，目前依然处在研究阶段。

太阳帆最大的问题在于，随着离太阳越来越远，能够接受到的光压也越来越少，它不适合星际航行，只适合在太阳系中搞事，而且是在内太阳系中搞事。

但要想利用太阳光的辐射压，需要我们开发出足够轻同时面积足够大的太阳帆，否则就毫无用处了。

不知什么时候，人类举办首届太阳帆大赛，想想就很燃啊。

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光子能推动物体就是光子有对这个物体做功，发生能量的转移。

对外做功跟自身质量大小不一定要有关系，比如用压缩气体做功， 在一个单位容积里相同摩尔数的任何气体才产生的压力相同，压缩气体压力跟气体分子的质量没有关系。

压缩气体对外做功，是气体膨胀的过程，其压力与压缩气体的分子质量无关。

把压缩气体分子的质量当零，气体不存在了，理论上压力不变，所以压缩气体的过程是在压缩时空，气体膨胀的过程是时空在膨胀。