关于相对论的问题：由普朗克公式可算出单个光子的能量,带入质能方程式可算出其动质量.由于有动质量所以光与地球有引力关系,现在在天空中打开一个光源,光的行进速度还是光速吗?如果

Question

关于相对论的问题：
由普朗克公式可算出单个光子的能量,带入质能方程式可算出其动质量.由于有动质量所以光与地球有引力关系,现在在天空中打开一个光源,光的行进速度还是光速吗?如果是,那地球对光的引力又在哪里体现呢?这似乎有些不守恒.
另外,我们能用全反镜让光子静止吗?

Answer 1

一、光的行进速度的问题.
这个问题要在广义相对论的框架内解答.在广义相对论中,很多的日常概念和测量手段都不再适用.例如,时间的测量、空间长度的测量,全都依赖于一个很抽象的度规.引力的描述也是用度规来实现的.这些状况导致速率的通常定义方法（距离/时间）也不能实现.所以,在广义相对论中,实际上先借助于度规来识别什么是光速：光速是一个类光矢量,用物理的说法就是,光在真空中的速度就是光速.所以,它的大小就可以规定为 c,然后以它为标准去度量其他速率.
引力对光的作用体现在对光线的偏折效应(即光线弯曲)上.用通俗的话来说,就是引力会导致真空中的光“不再沿着直线传播”.然而这种说法又不完全正确,因为,在没有广义相对论的时候,我们对直线的理解是朴素的,不需要给直线下定义.有了广义相对论之后,反而需要先给直线下个定义了.而物理学实际上没有真正去下这个定义,如果真要定义什么是直线的话,那就只好说,光是沿着直线走的（广义相对论的说法是,光沿着测地线走）.这个定义似乎和我前面说的光“不再沿着直线传播”相互矛盾,实际上,两句话中的“直线”概念不一样.有了借助于光所下的直线定义之后,我们说引力的作用就是使直线不再满足欧氏几何的那些公理,例如,“两点决定一条直线”就不一定对（这就是引力透镜效应,通俗地说就是光线的弯曲）.这就是引力对光的作用之一.
二、在广义相对论中,光子是不能静止的.光子静止之时,就是它消失之时.