光影真的有重量嗎？一千個影子疊加有多重？

2020-10-18 星辰大海種花家

影子有重量嗎？這可是個深奧的問題！在大家的視覺印象中黑色表示厚重，因此黑色的影子在視覺上是存在重量的，但事實上的結果卻是，有影子的地方反而是輕了！這是何為呢？

光存在重量嗎？

影子有沒有重量這個問題關鍵在於光，因為沒有光就沒有影子，因此我們要從問題的源頭來解決！我們都知道光曾經有光子和波動兩種說法，兩者在歷史上多少發生激烈交鋒，時而光子理論和波動理論在爭吵中各自前行，而1905年的愛因斯坦發表的光電理論確實給了波動說當頭一棒，但最終光子和波動在量子力學中完美統一！

但此問題討論光的重量卻不需要到量子力學中去統一光的波動說和粒子說，只需要將1905年愛因斯坦在發表的狹義相對論的外一篇《物體的慣性同它所含的能量有關係嗎》即可解釋清楚，這是當年發表的5篇論文中的一篇，描述了物體的質量與能量之間的關係，如果各位有興趣看推導過程的話，不妨看下圖：

E=mc²，很多朋友會誤解成質能轉換公式，但其實只說對了一半，因為這表示理解了能量的來歷，卻不明白能量其實就是質量，質量也就是能量，這兩者根本就是一體兩面的關係，兩者是完全等價的，因此我們只要計算出光子的能量來，即可了解它所蘊含的質量，也就知道了光的重量！

當然我們知道了能量必定會帶來質量，那麼光的質量怎麼計算呢？這得請出普朗克大師來說說量子的來歷了，19世紀末關於黑體輻射兩個公式，瑞麗金斯公式和維恩公式分別管住了黑體輻射的低頻和高頻端，維恩公式計算低頻只是不準而已，但瑞利金斯公式計算高頻時卻出現了無窮大能量的現象，這就是紫外災變的來歷。

普朗克對黑體輻射非常感興趣，一直都想將瑞利金斯公式和維恩公式統一起來，最終他成功了，但必須將傳統意義上連續的能量轉換成一份份的能量才可以，並且普朗克這個量子化的黑體輻射公式是拼湊起來的，但意義卻很重大，他將這個最小的能量子定義為h，也就是普朗克常數，光子的能量則等於它與頻率的積：

E=hv，這是一個經典的能量子應用公式，可惜普朗克在這個量子化道路上也走的不是很徹底，以至於他連自己的一手締造的黑體輻射公式都謹慎使用，這確實是一個悲哀，作為量子力學之父存在的普朗克在量子道路上一波三折，當然這是以後的故事了，在這篇文章中，光子能量計算方式已經有了！

因此從理論上來看，光子的質量就等於M=hv/c²，當然這個質量極其微小，但至少它是存在質量的！

影子存在質量嗎？

前文我們說明光是存在質量的，其原因就是其存在能量，而影子則是光子被障礙物擋住了，光子無法穿透障礙物形成的陰影！簡單的說被陰影擋住部分少接收了光子的能量，因此從理論上來看這部分的質量是會減輕的！

當然有朋友會問1000個影子疊起來有多重，這更是一個喪氣的問題，因為光斑可以疊加，最終結果是更亮，但影子即使你把光源全部擋住，它只是變黑而已，你要再加幾層，它還是那麼黑，理論上純黑就是沒有一個光子輻射，無論是什麼顏色，他都全黑了！所以總不能把光子擋成負數吧，這就是影子疊加沒有任何意義的原因。

我們似乎可以定義一下了，光存在質量，影子卻沒有質量，反而會因為影子而減輕質量！

重？

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