太阳光有重量吗?它受重力作用吗?天空中的闪电呢?

太阳光有重量吗?它受重力作用吗?天空中的闪电呢?
太阳光有重量吗?它受重力作用吗?天空中的闪电呢?

太阳光有重量吗?它受重力作用吗?天空中的闪电呢?
早在古代,人类对实物和光就有了一定的认识.随着近代自然科学的建立,实物和光在物理学和化学中被系统地加以研究.但是,直到19世纪,实物和质量,光和能量还被人为地混淆在一起.
在这个时期,人们认为实物是由单个的粒子构成的,是由被赋予一定质量(原子量和分子量)的原予和分子构成的,实物具有间断的结构.在实物结构中不容许任何非连续性.
关于光,在牛顿时代就存在着微粒说和波动说的斗争.可是,随着光的干涉、衍射的发现,托马斯•扬和菲涅耳在19世纪复活了光的波动论,从此波动说在光学中占了上风.光与运动相提并论,被视为剥夺了重量和质量的能量形式.光是波动的,因此具有连续性的结构.就这样,实物和光在性质和结构上是绝对对立的,二者之间既没有任何统一,也根本不容许它们相互转化.
到19世纪末,关于实物和光的概念,其片面性的谬误开始暴露出来.新世纪刚一开始,在光的学说中取得了划时代的进展.俄国物理学家列别捷夫通过实验测量了光压,从而指明光具有直到当时仍以为被实物所垄断的质量.根据麦克斯韦的光的电磁理论,可以作出光应该显示出压力的预言.为了证实这一点,列别捷夫作了这样一个实验：在黑暗的真空中,把一个带有叶片的很轻的可动的构件套到细轴上,然后使强光束通过玻璃小窗照到叶片上,结果叶轮发生转动.这说明光确实具有压力,光具有物质性.后来计算表明,可以十分精确地确定光的质量的数值,其结果与爱因斯坦质能关系式E=mc2得出的数值一样.
另一个重大进展发生在1900年12月24日,在德国物理学会的一次会议上,普朗克宣读了他的论文《论正常光谱的能量分布定律的理论》,首次把量子概念引入物理学.普朗克指出,在所谓的绝对黑体辐射的实例中,辐射并非像物理学家以前认为的那样是连续地进行的,而是以间断的份额(量子)进行的.接着,爱因斯坦在1905年的论文《关于光的产生和转化的一个启发性的观点》中,提出了光的粒子性的思想,并以光子说成功地解释了赫兹1887年发现的光电效应.
这些新发现表明,光像实物一样也具有质量.光呈现为一种内部矛盾的现象：光像波一样传播着,此时表现出自己的波动性,由此产生出光的干涉和衍射现象；光在发射和吸收时,这些过程不是以连续的"流'进行的,而是以间断的份额、以量子进行的.这直接证实了辩证唯物主义关于自然界没有截然的分离、没有绝对的界限的观点,同时也十分清楚地显示出,世界的统一性的确在于它的物质性,因为光的物质性的发现直接导致光作为物质的另一种物理形式同实物的统一.
这里需要说明的是,光所具有的质量没有力学性质.据现代物理学的观点,光的特点是没有"静止质量",也就是说光的静止质量等于零.按其本性光的质量具有电磁特性,它与运动着的电子的质量一样,可以称为"运动质量"(以区别于"静止质量"),光所固有的全部质量都是"运动质量".这意味着,光不能以静止的状态存在,不能把光想像为相对静止.如果在光的通道上设置绝对黑体,使光"停顿",那么这个绝对黑体将吸收光,光将经受质的转化,转变为运动着的物质的另外的形式,如转变为热的形式.这又证明了辩证唯物主义的一条原理：物质只是在运动中存在,世界是运动着的物质.就这样,在20世纪初,实物和光之间的人为分离开始得到消除.但是在此时,人们认为实物并不具有波动性,而且光和实物之间依然不能相互转化.
物质的两种物理形态由原先的分离走向统一的认识过程,是在光学领域开始的,接着进一步在物理学的其他领域,首先是在电子物理学领域延续和深化.由于普朗克的量子论,以实物和光的分离为基础的旧观念已发生了严重的动摇.人们不禁要问,如果光不仅是连续的、波动的过程,而且也是间断的、具有量子特征的过程,那么难道不应当预期,实物不仅表现出间断的、原子的特征,而且也表现出波动的、连续的特征吗?法国物理学家德布罗意就是这样设想的.他在1924年11月25日进行的论文答辩中,从爱因斯坦的光的波粒二象性出发,依据形式上的类比,提出了物质波的大胆假设,认为以前只是属于光的波动特征,同样也应该在实物(例如电子)身上表现出来.1927年,戴维森和革末使用镍单晶证实了德布罗意物质波的存在.C．P．汤姆孙(电子发现者J．J．汤姆孙之子.有趣的是,老汤姆孙因确证电子是粒子而于1906年获诺贝尔物理学奖,小汤姆孙因证明电子是波动而于1937年获诺贝尔物理学奖)使电子束穿过薄金属箔,发现了电子衍射现象.1928年,拉布利用刻划了条纹的衍射光栅,成功地得到电子波的衍射图样.
于是,物理学的发展导致的普遍结论使人们承认,作为物质两种基本形态的实物和光的性质的共同性以及它们的结构的共同性应当成为物质结构的基础.任何物质(不论是实物还是光)都具有质量,都是间断性和连续性的统一.
这就表明,电子是复杂的矛盾构成,在这一构成中,电子的粒子性和波动性内在地联系在一起.由电子的矛盾性质的发现可以得出结论,电子并不像行星那样绕核转动,也就是说,它不是按照某种精确的、一成不变的轨道运动的,而宁可说像云一样地运动着（称为"电子云"）,因为电子的波动性排除了把它们仅仅想像为小球的可能性.电子的运动过程要比小球运动复杂得多,它不服从普通力学的规律,而服从量子力学所研究的物质微观客体波动运动的特殊规律.与19世纪末相比,关于微观过程之旧的、依然保留下来的力学图景经受了更为深刻的变革,机械因果性的思想也从根基上崩溃了.这是对物质结构认识的一个非常重要的阶段.
由此看来,人类对实物和光的认识的圆圈仿佛是闭合的：开始客体的间断性观念从实物推广到光(光量子或光子的发现),然后客体的波动性观念从光的学说扩大到实物.而且,物理客体的波动性和微粒性不是被看作两种不同的东西,而是被看作是内部统一的、以这些客体的微粒-波动性的形态不可分割地存在着的东西.
20世纪30年代,由于物理学领域里的卓越发现,实物和光之间的分离完全消除了.
不难设想,既然承认在物质的两种形态中某些根本的物理性质(具有质量)的共同性和它们的结构(它们的微粒-波动性)的共同性,在逻辑上便导致承认,实物和光只不过是同一物质的不同形态,因而应该具有相互转化的能力.
在1933年,发现了一种新基本粒子——反电子,即带有相反电荷的电子,人们称其为正电子(e+).正电子具有和电子(e-)一样的静止质量和相同的波动性质,只不过所带电荷为正而已.正电子是电子的对映体,它具有奇异的性质.正电子和电子一起构成一对互补的粒子,因此在物理学中把它们叫做"偶".约里奥•居里和其他物理学家所进行的实验表明,实物的电粒子偶能够由光子(光量子)(γ)产生；相反地,"偶"(电子和正电子)在一起时湮没便转化为光子(光量子).用式子表示则为e+ e-←→γ.
如果把重元素的碎片引入威耳孙云室,重元素的原子核将带有大量的正电荷,在它附近形成强场,于是携带大量能量的光量子便趋向这个核.某些放射性物质辐射的所谓γ射线的光子就具有这样的能量.光子不带电荷.但是,当这种γ光子落到很强的核场中时,那么光子在这个核场中便经受着深刻的质的转化：由它形成两个电粒子(‘偶'),在照片上显示出分叉(由一点散开两个径迹).在核场中,由光量子形成电子和正电子是"偶"生成,是由光产生实物,是物质的一种物理形态向另一种物理形态的质的转化.生成的电子像所有其他电子一样继续存在；而和电子一起生成的正电子在自己的路径上遇到另外的电子时,两个实物电粒子(正电子和电子)便融合在一起而消逝,并反过来转化为光,转化为光量子.
就这样,人们对实物和光的认识由二者的人为分离达到二者的辩证统一.现在,物质的两种物理形态——实物和光(或更广泛一些：场)——中的每一种在结构上既具有粒子性(间断的),又具有波动性(连续的)；在性质上既具有质量,又具有能量；而且,二者在一定的条件下又可以相互转化.在这里需要指出的是,在实物与光的相互转化中,无论质量还是能量,既没有消灭,也没有创生,但是却经受了深刻的质的变化.有人错误地认为,在实物转化为光时(例如在偶湮灭时)质量消失了,而能量则按爱因斯坦方程E=mc2凭借质量的消失而创生出来.要知道,这时质量以所获得的光子的质量的形态("运动质量")保留下来,只是等价的能量由不通行的形式变成了完全通行的形式——光能.