光子的动量定理-光子动量定理原理

光子的动量定理，这可是个有点“反直觉”的东西。
一般/平平物理书里常讲，光既是波也是粒子，光子带着动量，不过这个“动量”平时是不显山露水的，只有在它跟电子、分子撞在一起要么压到原子表面时才明显起来。就像你用手拍桌子，手上劲儿一增，桌子也反手给你一点疼的手感，实际上光也如此个逻辑。 那会儿大量人总认定光只有能量，动量只是额外的概念。
后来发现不对，光子确实自带动量，并且跟它波长、频率有着极端的联系。
这仿佛有点怪，波长越短，能量越大，动量是不是应当越大？结局恰恰反之，波长越短，动量反而越小。
这如何算呢？ 这就得看那个著名的公式了。光子动量的大小，跟它的波长直接挂钩。公式是 $p = h / lambda$，其中 $h$ 是个常数，叫普朗克常数，$lambda$ 就是波长。
看看这俩数，$h$ 是个挺小的数字，大约 $6.626 times 10^{-34}$ 千克·米/秒；而波长 $lambda$ 是个跟由此可见光一样，大约在四百万分之一米左右。算出来的动量 $p$，居然是个贼细小的值，大约是 $10^{-34}$ 千克·米/秒。
这数值小得离谱，故此在日常的宏观世界里，光仿佛确实连动量都没有。 举个例子，你拿两把剪刀，一把剪刀的刀片长一点，另一把短一点。刀片越长，你夹东西时施的力就越大，对吧？实际上剪刀是通过剪切受力来工作的。在微观世界里，光也是靠动量来跟物质“打交道”的。
比如你把手伸进微波炉的窗口往里看，你的手会被微波炉里那个高频振动的电磁波给“推”了一下——别看你看不到这种推，但你感觉到温度的升高，要么毛衣的起球，实际上都是光在跟你换动量。 还有一个更直观的例子。当你光炮发射的时候，火箭会往上飞。
这听起来是不是有点反直觉？光本来没有质量，如何能让火箭飞起来？按照经典物理，没东西如何动？实际上是出于光子把动量扔出去了。火箭喷气的时候，气喷出拿到了一个向上的速度，动量增添了。
反过来，火箭本身出于拿到了光子的动量，故此拿到了向下的反功本事。
这个反功本事别看挺小小，但对于火箭发动机来说，就是维持升空的动力来源。
要是没有这个动量挪，火箭在真空中根本飞不起来。 再往深了说，动量定理就是力等于动量变化率。而光子动量的传递，实际上就是动量变化率的体现。
每当一个光子撞击到某个表面，它的动量就转变了，这个转变的量除以工夫，就是功能在物体上的力。 要是光能像子弹一样，那我们对光的功能就绝对了。子弹带着大动量撞墙，墙反给子弹一个庞大的疼。光别看动量小，可是它撞击原子的时候，频率极高。一个由此可见光光子撞击一个分子，实际上是把动量给分子撞了一下。别看这个冲力挺小，但要是在忒阳表面，有每秒 $10^{36}$ 个光子在不停地撞击原子核，这个累积效应就挺明显了。忒阳表面压力能够高达 $10^8$ 帕斯卡，这庞大的压力来源，实际上就是光子的动量应力。
要是没有光子的动量，忒阳早就被风化的差不多了。 这就引出了个有趣的现象。
有时候人们认定光不仅有力，并且好用。
比如光压。历史上有个著名的实验叫“镀金箔实验”。1900 年，英国物理学家埃文斯和阿瑟·雷德福德做了一次实验。他们先在铂箔上镀了一层金，然后放到真空管里，用一束光照射。结局发现，箔片被晒得变厚了，就连断成两截了。
这看起来像是光把物质“压”进去了，但仔细想想，实际上不是。
这是出于光撞到了原子，把动量给了原子，原子再撞其他原子，最终通过晶格结构传导给了箔片。能量确实被吸收转化为热能了，但动量也是吸收到了。
这说明光不仅能传递能量，也能传递动量，并且这个动量传递的过程，彻底符合动量定理。 再说说光子的颜色。红光的波长长，故此动量小；蓝光的波长短，动量大。
要是光能像子弹一样“打”东西，那蓝光应当比红光更有劲儿吧？实际上是对的，出于蓝光光子动量更大，撞上去能推动得更多。
这也是为啥有些精密的光学仪器，比如激光陀螺仪，对激光的方向性要求特别高，就是出于光子的动量方向忒关键了。 还有一点，动量不守恒，一般伴随着能量守恒。当光子被吸收要么反射时，这两个量是与此同时变化的。
要是是被彻底吸收，光子没了，能量没了，动量也没了。
要是是被彻底反射，光子回来了，能量没了，但动量变成了反向的，原子收到了两个冲撞，能量和动量都变了。 实际上，光子的动量定理也是量子力学的基础之一。爱因斯坦解释光电效应的时候，搞出了光子的概念，也顺便得出了光子的能量公式 $E=hnu$。而光子的动量公式 $p=h/lambda$，实际上就是把这两个公式结合起来的，出于能量和波长、频率在量子世界里是互相关联的，动量就是能量在空间上的“分布量”。 故此，下次你看激光笔打在手上，别只想着光烧焦了皮肤。
实际上那束光早就带着动量，悄悄推了你一下，别看力度微乎其微，但对于整个宇宙庞大的动量换而言，微不足道，却真存有。光，就是如此一个既有能量又有动量的粒子，它不听话，但确实能推你一把。