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光到底是不是能量?

作者:admin 日期:2023-07-17 14:03 浏览:标签: 是不是 质量 到底 能量 物理学

  质量与能量是物理学中比较常用的两个基本概念。在经典力学时期,盛行形而上学的方法和机械??的世界观,上述两个概念是绝对分立的,它们各自服从自身的守恒定律。

  而且,质量被用于描述作为实体的物质,后者的基本属性是具有质量和体积;能量则被用于描述做功的能力。

  然而,十九世纪后期,人类发现了放射性??元素。该类原子通过衰变,将部分质量转变为能量。

  稍后,二十世纪初期,爱因斯坦根据光电效应,建立了质能转换公式。从理论上证明了质量与能量是可以相互转换的,质量和能量都是描述粒子运动的物理参数,它们的区别只在于描述的粒子存在状态不同。前者是封闭的,后者是开放的。

  由于所有的粒子都具有波动性,说明空间不空,存在着作为物理背景的量子空间;

  由于原子的体积是电子高速运动形成的封闭体系,说明物质不实,物质只是被封闭的能量。

  于是,空间不空和物质不实,更进一步地消除了质量与能量的界限。最终,由质能守恒定律取代了原来分立的能量守恒定律和质量守恒定律。

  于是,人类的认识愈加清晰,即质量与能量是一对互补的概念:

  能量是粒子运动能力的度量;

  质量是被封闭的粒子关于其空间效应的度量。

  能量的聚合,成为质量;质量的离散,成为能量。

  由此,形成了一个有机的量子宇宙观:

  离散的基态量子构成物理背景——空间;

  受到激发的量子成为光子——能量;

  由高能量子组成的封闭体系就是各种基本粒子——物质。

  根据这一量子景观,光符合能量的定义,是光子的运动,与作为封闭体系的物质形成了对比。它们共同构成了一个有机的量子系统,是可以相互联系、相互影响、相互作用和相互转换的。

  通常人们把光看成能量,但从严格的哲学角度上讲,光是物质,而不是纯能量。

  1、光是能量,不然我们怎能晒太阳感到温暖。

  2、但光又不是纯能量,因为能量是不能单独存在的,它必须依附于物质而存在。

  3、什么是能量?能量与物质的运动有关,依附于物质的能量,依赖于物质的运动。

  4、依附于物质的总能量,由爱因斯坦质能方程给出;而当二个物体相互作用时,所释放的能量(比如光照射但人身上)是依附能量的很小一部分。比如若光与其它物体作用而没有反射等是,为m*c*1。

  直接给出答案吧。光就是能量,这是毋庸置疑的。

  因为光子是能量有着严格的理论推导和长达一百年的实践应用,光就是能量。

  但是我还是得讲细致一点。

  很多读者有这样的疑问:光由光子构成,起码它是物质。而能量看不见摸不着,怎么物质会变成了能量呢?

  我想这样的疑惑在很多人中学时代都有所思考。

  能量到底是不是看不见摸不着的事物呢?

  其实你每天都能感受到能量的改变,比如中午天气热,早上和晚上天气冷。这些都是能量分布的改变导致的感官变化。具体一点就是单位时间内太阳射向地球的光子数量的改变。单位时间实际内射向地球的光子越多,空气分子吸收更多的光子后,动能增加,运动剧烈程度上升。

  而微观粒子的运动剧烈程度在热力学上就是温度的本质。分子越剧烈,温度越高。当太阳直射点在北半球时(夏天),那么我们白天接收到的光子数量更多,密度更大。这样以来空气温度就会快速升高。

  能量是对物质运动状态改变的度量。

  只要物质的运动状态有所改变,那么能量就有意义。

  而宇宙物质无时无刻都在改变,那么能量的引入就很有必要。

  比如在理想的模型中,一个高速运动的小球撞向一个静止的小球。静止的小球开始运动,这时候高速运动的小球速度降低,动能降低。

  那失去的动能去了哪?

  答案肯定是给了那个原本静止的小球了。

  这样就完成了一次能量的交替。

  能量是人发明出的物理术语,但是这个术语一定对应的是自然事实。

  这个自然事实就是物质运动状态的改变,为了方便量化,我们就引入了能量。

  这就和力一样。力这个词也是人类发明的,不过力代表的自然事实就是物质的相互作用。

  有读者可能不耐烦了,你讲这么多,和光是不是能量有什么关系?

  当然有关系,物质都是由原子构成,原子又由原子核和电子构成。原子核内部还有更小的粒子。

  最后细分到基本粒子为止。所以我们的物质世界就是由基本粒子构成,基本粒子再构成类似中子和质子一类的复合粒子。

  而基本粒子之间都会相互转化,这个相互转化的过程一定会伴随着能量的改变。

  这个改变就是靠光子实现的。

  比如正反粒子湮灭释放光子,电子辐射光子。

  光子就是能量。在质能方程中我们已经知道,能量和质量可以相互转化。

  而这种相互转化最容易理解的方式就是通过光子实现。

  比如电子释放光子,能量降低,所以能级也跟着降低直到基态。电子吸收光子之后,能量升高,所以能级也跟着升高直到激发态。

  光子是能量的基本单位,也就是说:只有一个光子,两个光子…… 的说法。没有0.5个光子,1.5个光子的说法。

  能量的吸收和释放就是以光子的整数倍实现的。

  光子有两种情况需要加以说明:

  上图就是中微子的精细结构:正负电荷绕两个引力子形成自耦合。中微子中封藏了一个光子,这个光子就是静光子,是光子自己看不见的,所以叫暗能量。

  当中微子接收1份能量h(普朗克常数)时,中微子的自耦合(∞)就转变为外耦合(∝),形成:即时电场→即时磁场→即时电场……如此将1份能量h在真空中不断传播。

  光在真空中传播就是动光子,叫显能量。

  太阳每秒钟都有6亿吨的氢核参与聚变,融合为5.958亿吨的氦,其中发生420万吨的质量亏损,这些质量就转化为能量,使太阳能够持续不断的发出光和热,延续了50亿年,还能够这样的燃烧50亿年。

  这些巨大的能量就是以电磁辐射的方式源源不断的发射到太空,每秒能量达到3.8×10^26J,其中有1.7×10^17J会照射到地球上,相当太阳总能量的22亿分之一。这些能量有多大呢?就是相当1000万座三峡大坝的发电总量,3000多颗广岛的爆炸威力。

  这些能量都是依靠电磁辐射形式进行传播的,而所谓的电磁辐射说白了就是光辐射,都是光的传播。只不过电磁辐射中的光有可见光和不可见光之分,是根据电磁辐射的频率来确定的。

  电磁辐射频率以波长来划分,波长太长和太短的人眼都看不见,可见光的波长在380nm~780nm之间,在整个电磁波的中段位置,在可见光的前后极低频到极高频段,有无线电波、微波、红外线、紫外线、X射线、伽马射线等等。(见上图)

  在我们的日常生活中,我们可以处处都感到光得能量,阳光可以发电;阳光晒在皮肤上会发热,甚至晒脱了皮;科学界还在研究太空光帆,用光来催动航天器远航。这些不都证明了光是一种能量吗?

  当然有些可见光能量较弱,单凭人的感觉很难感受到其能量,大概就是因为这才有光是不是能量的疑问吧?

  上面说的都是可见光,不可见光的能量更为巨大,如红外线、紫外线、X射线、伽马射线的能量都不可低估,尤其是伽马射线暴,可以在数千光年摧毁地球生态,如此能量还不算能量?

  所以,光是一种能量,而且是一种非常非常重要的能量表现形式。

  能量的表现形式还很多,比如机械能、化学能、核能、风能、潮汐能等等,这些能量绝大多数最终表现出来的还是光和热。

  光是物质量在结合的运行过程中产生的能量,能量流动结合摩擦起电产生的光。

  能量不是一种物态或物质,而是一种测量物态的属性。把物态与物态属性混为一谈,这是常识性错误。

  试问:水力发电站的高位水,所承载的【位能】是不是能量?是不是光?如果光是能量,那么反过来,能量是光吗?

  光是一种【物态】。好比,电是一种物态,场是一种物态,电子是一种物态。

  你只能说【光有能量】,因为光承载了电磁辐射能。你也能说“电有电能”。

  你不能说【光是能量】,因为能量是物态的测量【属性】,也不能说“光是质量”。

  物态归物态,属性归属性,二者不能混为一谈。

  光子是一种【玻色子态】,而【光子属性】有:速度、半径、波长、频率、体积、质量、势能、辐射能、零点能、质密、能密。

  电子是一种【费米子态】,而【电子属性】有:质量、能量、电量、半径、震荡速度、自旋速度、电子自旋磁矩。

  物态的类型,可以分为四大类:真空态、分散态、常聚态、超聚态。其中,

  真空(场)态分为:背景微波态(超低温真空场)、电波态、激光态、伽玛光子态。

  分散态分为:分子气态、原子气态(钠原子气)、离子气态(自由电子气)。

  常聚态分为:常固态(如岩石、黄金)、常液态(水)、半流态(如岩浆)。

  超聚态分为:电子(本体)态、中子态、超流态(费米子凝聚态与玻-爱凝聚态)

  物态的测量属性,可分为两大类:物态的结构属性、物态的运动属性。

  结构属性,如:质量(m)、转动惯量(β)、间距(d)、半径(r)、体积(V)、表面积(A)、密度(ρ)、状态数(Ω)、摩尔质量(M)、粒子数密度(n)、摩尔数(m/M)、波长(λ)、电量(q)、电阻(R)、电位(U)、梯度(▽)。

  运动属性,如:能量(E)、位能(U)、势能(Ep)、动能(Ek)、动量(p)、力矩(M)、角动量(L)、速度(v)、角速度(ω)、时间(t)、周期(T)、路径(s)、温度(T)、频率(f)。

  以波长λ=314纳米的紫外线为例,说明如下,大家体会一下光的两套参数。

  紫外线光子的结构参数

  ①光子质量:m≡m?(电子质量)

  ②光子波长:λ=3.14×10??米

  ③光子半径:r=λ/2π=5×10??米

  ④光子体积:V=(4π/3)(λ/2π)3=(1/6π)λ3

  ⑤光子质密:ρ=6πm?/λ3

  ⑥光子辐射能密:σ=6πε/λ3

  ⑦光子电荷密度:δ=6πe/λ3

  注意:远小于电子电荷密度,可忽略不计

  紫外线光子的运动参数

  ①光子速度:v=c

  ②光子势能:ε?=m?c2(电子自旋势能)

  ③光子辐射能:ε=hc/λ

  ④光子频率:f=c/λ

  ⑤光子自旋角动量:L=m?cr

  以上参数的计算依据是正负电子湮灭方程。

  e?↑+e?↓+2×?m?c2=γ?↑+γ?↓+2hc/λ

  当然,读者也可以用量子力学的四个量子数来计算光子的属性参数。本文不再赘述。

  (完)

  物质是金属态氢离子聚合形成的。

  磁场里高速流动的物质转化为金属态氢离子。

  金属态氢离子的“磁力矩”相互切割聚合形成新元素时释放电磁波——能量(光子)。

  光是电磁波,当然就是带着能量的。

  重要的事情说三遍,光是能量,是能量,就是能量!如果连光都不是能量,还有什么是能量呢?事实上,不仅仅光是能量,万事万物归根结底都是能量!

  我们平时所说的地球每天接收太阳的能量,说的不正是光吗?难道还有别的?

  追溯到宇宙起源,宇宙大爆炸,大爆炸发生后宇宙就是纯能量体,没有任何物质,在宇宙冷却之后才形成了物质,具体怎么形成的就不详述了,但有一点可以肯定,物质是由能量形成的,因为宇宙中一开始只有能量!

  话说过来,光是什么?光就是一种电磁波,而光子是一份一份能量子的简称,是能量的最小单位,电磁波是能量,而能量并不是连续的,而是以光子为基本单位传播的!

  说直白点,能量和物质的区别定义如下:受激发的量子就形成了光子,也就是能量。而高能量子组成的各种封闭系统就形成了粒子,也就是物质。

  可以简单这么理解,能量的聚合就成了质量,质量的离散就成了能量。万物的根基都是能量!

  

光到底是不是能量?

  

光到底是不是能量?