高中物理光学问题（涉及爱因斯坦）

Question

光子静止，质量为0（爱因斯坦光子论基本定理、光子的概念）。动质量设为m；由质能方程知，一个光子的全部能量为E=mc^2（爱因斯坦的结论）。动光子的动量为p=mc（光子以光速运动）。那么，E=pc（同为量子物理，可替换。此结论玮哥物理书亦有，有依据）。由经典物理的动能定理知，光子动能E1=(1/2)×mc^2（牛顿导出结论），间接证明了宏观物理的不适用。那么，由微观物理动能定理（爱因斯坦提出，企鹅叔证明）知，E1=mc^2-m0c^2（m0为静止质量，因为“动质量变大”），光子静止质量为零，则知其动能E1=mc^2，与一个光子所具有的全部能量完全相等（注意是“完全相等”，因为公式推导时无任何约等，就算有人提出“光速近似”的理论，只要把c换个字母就行了，结论仍是“E1=E”，即“光子全部能量以动能的形式表现”）。
本人的观点如上。
老师提出“光子具有势能和内能”这一观点，可是和推论完全不符、
求解答。

Answer 1

首先，“光子具有势能和内能”我还没听说过什么能让光子有势能，这个纯扯淡。
你的第一个错误在于，经典的动能定理不能用，他只是相对论公式的近似，在光速远小于光速时适用（是牛顿力学不适用，不是宏观物理）
光子的能量本来就都是动能。

顺便提一下，物体的势能不算在质量里，势能一般是由场力（像电场）产生的势能算在场的质量力（电场是有质量的，对于弹簧来说算在弹簧的质量里）

广义相对论那不能算势能
一般有时候将光子与引力势联系起来能近似的解决一些问题，但这并不代表他是严格的物理方法。广义相对论中光在引力场中弯曲是由于时空结构的弯曲造成的。即使是在半经典的量子引力论中（就是霍金用来算黑洞的），引力也是以时空结构而不是以势能出现在方程中的。

另外，在量子场论中，势能已经不是一个好概念，一般都讨论的是相互作用项而不是势能项，由于光子使用量子场论在研究的料的东西，你从更深的角度上说它的势能是没有意义的。

Answer 2

lz把经典物理和近代物理学混了，光子的行为是不能用牛顿的经典力学来理解的。要准确理解，需要相对论和量子力学。不是只言片语能说清的，我简单说一下，不过估计不能完全解决你的疑惑。
经典物理的概念不能用于光子，你用光子总能量减去它的静止能量，可是有静止的光子吗？对静止质量为0的粒子，谈论他的动能是没有意义的。
光子的mc^2就是光子的全部能量，不是动能。不妨认为是电磁能（麦克斯韦电磁理论，在经典物理的体系下理解）。用mc^2-m0c^2也是没用意义的。
说光子有势能和内能是胡扯，什么是内能？对宏观物体才能谈内能，组成宏观物体所有分子或原子或离子等的动能和相互作用能的综合叫物体的内能。那对光子这样一个微观粒子，什么叫内能？
宏观物体与微观粒子是不一样的，在目前的物理体系中，各有各的适用理论和物理图像以及处理方法，同一个名词，在宏观和微观理论中，可能是有不同的意义的。比如说角动量。在考虑微观粒子的时候，不能机械的挪用经典宏观物理的概念。

Answer 3

首先肯定的是光子是有势能的，楼上的，不要说你们没听说过，就是扯淡，你没听过的的多了。然后，楼主的问题我认为设计到广义相对论的概念，本人也没有系统的学过，你可以参考一下广义相对论的理论，因为我记得里面的黑洞半径的计算，光子不能逃离黑洞的吸引，就是由于引力造成的。既然有引力，就会有势能，至于你为什么错了，我估计是在E1=mc^2-m0c^2这个式子上，虽然你的能量表达用的是相对论中的表达，但是你的算式的思路仍然停留在宏观的物理上，因此出错了。

Answer 4

光子静止质量为零，所以即使使用相对论公式，也有一些不适用，比如“动质量变大”。
企鹅叔说，光子只有动能。内能是光子之间的相互作用所产生的，至于势能，极其微弱，就是没有。

Answer 5

是有的 其势能跟光子频率成正比