从相对论的基本假设角度
根据爱因斯坦的狭义相对论,光速不变原理是其基本假设之一。在真空中,光总是以恒定的速度\(c = 299792458m/s\)传播。
光子是光的量子化表现形式。从相对论时空的角度看,光子的这种性质是时空结构的一种基本体现。在相对论的框架下,时空是一个整体,而光速\(c\)是联系时空的一个基本常数。当光子产生时,它就遵循这个时空基本规则,一出生就以光速运动。
从光子的静止质量角度
根据相对论的能量 动量关系\(E^{2}=p^{2}c^{2}+m_{0}^{2}c^{4}\),对于光子,其静止质量\(m_0 = 0\)。
光子的能量\(E = h\nu\)(\(h\)为普朗克常量,\(\nu\)为频率),动量\(p=\frac{h}{\lambda}\)(\(\lambda\)为波长)。将\(m_0 = 0\)代入能量 动量关系可得\(E = pc\),这意味着光子只能以速度\(c\)运动。因为如果光子速度小于\(c\),其能量和动量关系将不符合相对论的要求。所以光子一旦产生,就必然以光速运动。
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