关于光子的动能,动量,能量和电子之间表达式的区别

发布网友发布时间：2024-09-08 15:55

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热心网友时间：2024-09-13 04:49

在相对论中，对于任意粒子，以下几个表达式成立：E是总能量，m为动质量，m0为静质量，p为动量，v为速度。对于光子，m0恒为0，速度恒为c。描述一个光子可以用频率w、动量p或动质量m或总能量E。由于m0=0，有E=Ek=mc^2=pc，而E=hw则是相对论以外的东西。之间的表达式存在如下关系：
1. E^2 = m^2c^4 = p^2c^2 + m0^2c^4
2. p = mV
对于非零静止质量粒子，m = m0 / (1 - v^2/c^2)^0.5。对于零质量例子（光子），上式给出0/0结果，因此须借助于光电效应的结果E=hw。
3. 动能Ek = E - m0c^2
4. 在v << c的情况下，Ek近似等于1/2mv^2（通过将(3)代入(1)(4)作一阶近似易得）。
P = (2Em)^0.5，这个式子其中m为静止质量（即m0），E为动能（即Ek）。推导如下：
P^2c^2 = E^2 - m0^2c^4 = (Ek + m0^2c^2)^2 - m0^2c^4 = (Ek + 2m0c^2)Ek^2
当Ek << m0c^2时，第一个括号约等于2m0c^2，从而有p^2 = (2m0Ek)^0.5。因此，成立的条件即为Ek << m0c^2。
对于光子，m0恒等于0，上面这个式子永远不可能成立。
对于一个非零粒子，他有一个内秉属性m0，而描述他的运动状态（不考虑运动方向）可以用速度v、动能Ek、动质量m、动量p、总能量E中的任意一个描述。给定其中任意一个，其他都将确定下来。四个式子（1、2、3、4）是自洽的，这是最快的理解方法。
光量子，简称光子，是传递电磁相互作用的基本粒子，是一种规范玻色子，在1905年由爱因斯坦提出，1926年由美国物理化学家吉尔伯特·路易斯正式命名。光子是电磁辐射的载体，而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子。光子静止质量为零。光子以光速运动，并具有能量、动量、质量。
光子特性在量子电动力学确立后，被确认是传递电磁相互作用的媒介粒子。带电粒子通过发射或吸收光子而相互作用，正反带电粒子对可湮没转化为光子，它们也可以在电磁场中产生。光子是光线中携带能量的粒子。一个光子能量的多少正比于光波的频率大小，频率越高，能量越高。当一个光子被原子吸收时，就有一个电子获得足够的能量从而从内轨道跃迁到外轨道，具有电子跃迁的原子就从基态变成了激发态。
光子具有能量，也具有动量，更具有质量。按照质能方程E=mc^2=hν，求出m=hν/c^2。光子由于无法静止，所以它没有静止质量，这儿的质量是光子的相对论质量。根据量子场论，一对正反粒子可发生湮灭变成一对高能γ光子，而一对高能γ光子在高温下亦可发生反应产生一对正反粒子。比如在T=10^15K的温度下可发生光子向质子和中子等重子的转化。用费曼图表示的正电子-负电子散射（也叫做Bha-Bha散射），波浪线表示交换虚光子的过程。