光子路由装置

光是由光子组成的，既然光子没质量，那么光子会不会产生压力呢？

光的能量量子，就是光子，代表着光的最小能量单元。

光子的静止质量为零，所以光在真空中传播速度最快，为光速，是惯性参考系中速度的最大值。

光子具有一定的能量和动量，所以光子的运动质量并不是零。只要光子具有一定的频率，就意味着具有一定的能量，那么就可以等效认为它具有多大运动质量。

光子和其他静止质量不为零的粒子发生碰撞时，会发生相互作用，这个过程是满足能量守恒和动量守恒的。要么粒子吸收了整个光子，能量增加了一个光子的所有能量；要么粒子吸收了部分光子能量，光子的频率发生红移（频率变低，波长变长），“改头换面”成为了另一个光子；要么光子获得了粒子的能量，光子的频率发生了蓝移（频率变高，波长变短）。

如果是最后一种情况，那么光子入射到粒子上后，会发生反射，光子的能量增加，粒子的能量就会减小。对于有质量的粒子而言，它的整体能量相对一个光子是非常巨大的。但是，如果有一大群甚至无数个光子都发生了类似的相互作用的话，那么粒子的能量终将减小。就像用一群乒乓球去击打一个运动着的铅球，通过大量乒乓球吧铅球的能量降低，铅球始终是要慢下来的。利用这个原理，科学家发明了激光冷却原子技术。我们知道原子无时不刻在做热运动，倘若从四面八方（一般是六面）给原子打上激光，那么光子就会让原子慢慢“冷静”下来。最终冷却下来的原子温度是极低的，大概在0.0000000001 K 量级，非常接近绝对零度。

喜欢科幻的朋友一定听说过一个概念，叫做「太阳帆」：

太阳帆作为一种推进系统，利用光产生的压力，推动航天器运动。由于太阳光源源不断，所以航天器几乎不需要携带什么燃料，只需要携带工作用的燃料就够了。而且这种推进器，在航天器速度越快的时候，功率越高，这也是其他推进器难以比拟的。

那么很自然的，我就要问，为什么光能够产生光压呢？我们知道，光子是没有质量的，有的科普文章说「光没有静质量，有动质量」，这种说法是不严谨的，物理学中没有「动质量」的说法，只有「动量」的说法。

光子的动量为：p=h/λ，能量为E=hv，v是波数。

只要有动量的变化，就能够产生力。这个论断，从牛顿力学就可以得到：F = dp/dt。这是牛顿第二定律的原始形式：力等于动量的变化率。

既然光在光帆上被反射了，那它的动量的方向就发生了改变，即动量变化了2p。在单位时间内，有n个动量为p的光子撞向光帆，并被反射，其产生的推力就是F = 2np。这是理想的情况：所有的光子都会被完全反射，且反射到相反的方向。但在实际中，有一部分光子会被吸收，那这些光子的动量改变只有p，有的则会因为表面凹凸不平，被反射到其他方向，其动量变化也不会有2p。这也就是为什么所有的太阳帆都努力做的像镜子一样——只有这样，才会产生最大的推力。

如果一束光子不断打到一个“船帆”上，那么船帆就会吸收光子的能量，尽管一个光子能量很小，但是无数个光子不断打过来，帆船能量就会不断增加，直到足以改变它的运动状态，这就是光压。在宇宙中，我们可以通过类似原理，让一个很小的太空帆船被光子不断加速，这样就不需要依赖于发动机，只要时间足够久，是能够探测非常遥远的宇宙空间的。这其实就是霍金最近提出的突破摄星计划，也许有一天，这个小帆船会遇到一个外星文明呢！

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