我们既能看见光也能看见影子,但我们抓不到它们。那么,光和影会有重量吗?难道是因为它们都没有重量,所以我们抓不到光和影吗?光子非常特殊,因为它们以光速运动,而且只有以这个速度运动。对于其他物体,光速是不可能达到的。光子可以达到光速,因为它们的静止质量(m0)为零。其他物体无法达到光速,因为它们有一个静止的质量。根据狭义相对论,没有静止质量的东西只能以光速运动。
然而,这并不意味着光子没有质量。光子在移动。他们有能量。根据爱因斯坦的质量能量方程(e = MC 2),光子的运动质量,也称为相对论质量,可以得到: m=E/c^2 此外,结合普朗克能量公式(E=hν),光子的运动质量可以表示为: m=hν/c^2 其中h和c是常数,光子的运动质量仅取决于频率ν,频率越高,光子的运动质量越大。因为光子具有运动质量,所以有必要要求它们的静止质量为零,因为它们具有以下关系:
对于光子,上面公式中的分母是0,所以分子也必须是0,所以0/0不定极限是有意义的。否则,任何光子的运动质量都将变得无限大,这与上述结果相矛盾。但是对于其他具有静态质量的物体,它们的运动质量会随着速度趋向光速而变得无限,所以它们永远不会达到光速,因为持续加速需要无限的能量。另一方面,阴影是由阻挡光线的物体产生的黑暗区域,它本身不是物理实体,而是一种光学现象,所以谈论阴影的重量是没有意义的。阴影只出现在有光的地方。如果没有光,一切都是黑暗的,也没有阴影的概念。
然而,阴影有时会减轻物体的表观重量。光子撞击物体时会产生光压力。如果有阴影,光的压力会降低,表观重量也会降低。地球上持续的阳光会对地球产生推力,但这个推力非常小,只会给地球带来每秒10-16米的加速度。如果加速度是从138亿年前宇宙诞生到现在,地球的速度只会增加50米每秒。
虽然光的压力很弱,但它可以作为未来星际飞船的动力源。如果我们能够制造巨大而轻的帆,并通过持续照射地球上的阳光或激光来加速它,这种宇宙飞船就可以加速到亚光速,成为一种能够穿越恒星的宇宙飞船。