本文将精确計算出單個光量子（光子）的質量。

現今任何一項科學成就的取得，都是因為站在了巨人的肩膀上。

牛頓、法拉第、普朗克，都是科學上的巨人。

向他們緻敬。

先介紹關于光的一些基礎知識。

萬物生長靠太陽。太陽是巨大的火球，它每時每刻都向外散發着光線。地球從太陽那裡得到了光線，等于得到了能量和光明。有了能量，萬物生長；地球上的水也形成了循環，得以瀑布飛下、江河長流。有了光明，地球上的生物可以開心地看清這個美麗的世界。電燈和蠟燭等也可以發出明亮的光線。

那麼光是一種什麼的物質呢？

經過人類的不斷探索，終于弄清了關于光的許多知識。

光是一種非常非常小的粒子，同時具有波動性。所以，光具有波粒二象性，光是粒子，也是波。 光的粒子性可以通過折射、反射現象表現出來。通過光的衍射和雙縫幹涉實驗可以證明光是一種波。

1901年，德國物理學家普朗克（Plank）找出了與實驗相符的在熱平衡下的絕對黑體輻射譜的能量分布規律。這個規律的基礎是假定物質發出光和吸收光具有不連續的特性，并且假定光為一個一個有限部分——光量子——發出或吸收。這種光量子的能量E是和光的振動頻率f成正比的，并且可用下列等式表示:

E=h·f

（h=6.62607015×10^－34J·S ， h等于6.62607015乘以10的負34次方焦耳秒）

現在，普朗克的假設已被衆多的科學實驗所證實。

光是由一份一份的光量子組成的，光量子簡稱光子。

關于光的速度，經過曆代科學家的努力，測出了光在真空中的速度是299792458 米/秒。

太陽光在三棱鏡的折射下會分散成七種顔色:紅橙黃綠青藍紫。這七種顔色的光的波長是不同的。太陽也會發出紅外線和紫外線，紅外線的波長大于760nm（納米），紫外線的波長小于400nm。

下面把可見光的波長列舉出來。

紅光 波長 622nm——760nm

橙光 波長597nm——622nm

黃光 波長577nm——597nme

綠光 波長492nm——577nm

青光 波長450nm——492nm

藍光 波長435nm——450nm

紫光 波長400nm——435nm

1895年，德國物理學家倫琴發現了X射線。X射線是一種電磁波，波長範圍在0.001nm到10nm。醫學上應用的X射線波長約在0.001nm到0.1nm之間， 它的穿透性很強，它的光子能量比可見光的光子能量大幾萬到幾十萬倍。

比X射線波長更短的是伽瑪射線，伽瑪射線出現于宇宙學尺度上的恒星級天體中的爆發過程中。伽瑪射線是一種電磁波，它的波長在0.0001nm 到0.001nm之間。

比紅外線的波長更長的是無線電波，無線電波的波長在0.1mm（毫米）到3000m（米）之間。其中波長在0.1 mm到1m之間的電磁波又稱為微波。

我認為太陽光、X射線、伽瑪射線、無線電波、可見光線都是同一種光，這些光線中的光子在質量、形狀、體積、速度上完全相同。這幾種光線的區别是:它們的波長和頻率不同。

接着探讨光的能量和波長、頻率、速度的關系。

紫外線是陽光中波長為400nm到10nm的光線。

下面是我從百度百科中“紫外線”一項中查到的（真空中）不同波長的紫外線的能量。

長波紫外線

波長: 400 nm～315 nm

能量: 3.10 eV～3.94 eV

近紫外線

波長: 400 nm～300 nm

能量: 3.10 eV～4.13 eV

中波紫外線

波長: 315 nm～280 nm

能量: 3.94 eV～4.43 eV

中紫外線

波長: 300 nm～200 nm

能量: 4.13 eV～6.20 eV

短波紫外線

波長: 280 nm～100 nm

能量: 4.43 eV～12.4 eV

遠紫外線

波長: 200 nm～122 nm

能量: 6.20 eV～10.2 eV

真空紫外線

波長: 200 nm～100 nm

能量: 6.20 eV～12.4 eV

淺紫外線

波長: 100 nm～88 nm

能量: 12.4 eV～14.1 eV

超紫外線

波長: 150 nm～10 nm

能量: 8.28 eV～124 eV

極紫外線

波長: 121 nm～10 nm

能量: 10.3 eV～124 eV

eV是電子伏特，是能量單位，是一個電子經過一伏特的電位差加速後獲得的動能。

1eV=1.6021766208 J （焦耳）

光的波長越短，能量越大；波長越長，能量越小。

從上表中可以得知:

波長是10nm的紫外線（紫外線a）的光子的能量是124eV，即198.6699×10^-19J （198.6699乘以10的負19次方焦耳）。

波長是100nm的紫外線（紫外線b）的光子的能量是12.4eV，即19.86699×10^-19J （19.86699乘以10的負19次方焦耳）。

波長是150nm的紫外線（紫外線c）的光子的能量是8.28eV，即13.266×10^-19J （13.266乘以10的負19次方焦耳）。

波長是280nm的紫外線（紫外線d）的光子的能量是4.43eV，即7.0976×10^-19J （7.0976乘以10的負19次方焦耳）。

光的速度是一定的，每秒鐘299792458米。速度除以波長等于頻率。

E= h·f ， 能量等于普朗克常數乘以頻率。能量與頻率成正比。

從上文的數據中可知，紫外線a的波長是紫外線b波長的十分之一，所以紫外線a的頻率是紫外線b的頻率的十倍，（相等的時間内）紫外線a的能量也是紫外線b能量的十倍。

紫外線a的波長是紫外線c波長的十五分之一，所以紫外線a的頻率是紫外線c的頻率的十五倍。（198.6699÷13.266=14.97587≈15）

紫外線a的能量是紫外線c能量的15倍。

紫外線d的波長是紫外線c波長的1.86666倍，所以紫外線c的頻率是紫外線d的1.86666倍。

13.266÷7.0976=1.869≈1.86666

所以紫外線c的能量是紫外線d能量的1.86666倍。

接下來，重點來了。開始計算單獨的一個光子的質量。

普朗克能量公式E= h·f （h是普朗克常數，f是頻率）

愛因斯坦也發明了一個能量公式E=m×c^2（能量等于質量乘以光速的平方）。我不知道愛因斯坦是如何證明這個公式的正确性的，我隻知道動能定理是E=1/2 · m·v^2 （能量等于二分之一乘以質量乘以速度的平方），我知道這個關于能量、質量、速度關系的公式是全世界公認正确的，所以反證愛因斯坦的公式是錯誤的。

根據能量公式E= h·f （h是普朗克常數，f是頻率），動能定理E=1/2 · m·v^2 （能量等于二分之一乘以質量乘以速度的平方，m表示光子的質量），知道了光的能量、頻率、速度，就可以求出光的質量。

下面來計算一下。

波長是10nm的紫外線（紫外線a）的光子的能量是124eV，即198.6699×10^-19J 。

光的速度是299792458米/秒。

198.6699×10^-19J=1/2 ×m×

（299792458m/s）^2

（198.6699×10^-19焦耳等于二分之一乘以m，乘以299792458米/秒的平方 ）

波長是100nm的紫外線（紫外線b）的光子的能量是12.4eV，即19.86699×10^-19J （19.86699乘以10的負19次方焦耳）。

光的速度是299792458米/秒

19.86699×10^-19J=1/2 ×m×

（299792458m/s）^2

（19.86699×10^-19焦耳等于二分之一乘以m，乘以299792458米/秒的平方 ）

矛盾出現了。以上兩個式子都是二分之一乘以光子的質量再乘以299792458米/秒的平方，得到的能量結果是不同的，這樣計算出來的光子的質量也是不同的。

為什麼當我們用動能定理計算光子質量的時候會出現矛盾呢？

因為雖然光子的速度都是相同的，每秒鐘299792458米，但是波長不同的光線一秒鐘在29972458米的距離内傳播的光子數目是不同的，光線一秒鐘在299792458米距離内傳播的光子數目與光的頻率在數量上相等。

如波長是550納米的綠色光的頻率是5.4507719×10^14Hz （5.4507719乘以10的14次方赫茲）。則波長550納米的綠色光一秒鐘在299792458米距離内傳播的光子數目是5.4507719×10^14（5.4507719乘以10的14次方）個。

波長是10納米的紫外線a的頻率是2.99792458乘以10的16次方赫茲，它一秒鐘在299792458米的距離内傳播的光子數目就是2.99792458乘以10的16次方個。

波長是280納米的紫外線d的頻率是1.07068735乘以10的15次方，那麼它一秒鐘在299792458米距離内傳播的光子數目就是1.07068735乘以10的15次方個。

所以在用動能定理計算光的能量的時候，二分之一乘以m，乘以299792458米/秒的平方，得到的是一個光子的動能，這時候再乘以光子的數目就得到了光子的總動能。

所以新的公式出來了：

光線在一秒鐘内的的總動能等于光線的頻率乘以一秒，再乘以單個光量子的能量。

單個光量子的能量可以用動能定理求出來，即等于單個光子的質量與光的速度的平方的乘積的一半。

公式：

E=f·T·1/2 ·m·v^2 （T=1秒）（E表示能量，f表示頻率，時間T=1秒，m表示單個光子的質量，v表示光的速度）

求光子的質量：

由 E=f·T·1/2 ·m·v^2 （T=1秒）

得 E/f=T·1/2 ·m·v^2 （T=1秒）①

普朗克公式 E=h·f，所以E/f=h ②（能量除以頻率等于普朗克常數）

由① 、② 得

h=T·1/2 ·m·v^2 （T=1秒）

（h=6.62607015×10^－34J·S ，v在這裡等于光速299792458米/秒）

将數據代入公式，

6.62607015×10^-34焦耳·秒 = 1秒 × 1/2 × m × （299792458米/秒）^2

6.62607015×10^-34焦耳= 1/2 × m × （299792458米/秒）^2

m表示單個光子質量，所以單個光子在1秒内産生的動能6.62607015×10^-34焦耳。

6.62607015×10^-34焦耳 = 1/2 × m

× 8.9875517873681764 × 10^16 米^2/秒^2

13.2521403 × 10^-34焦耳 = m × 8.9875517873681764 × 10^16 米^2/秒^2

m=1.47449946 × 10^-50 千克

（ m等于1.47449946 乘以10的負50次方千克）

到此，終于計算出了單個光子的質量是 1.47449946 乘以10的負50次方千克 。

總結：

1.真空中的波長已知的一道光線在一秒的時間内傳播的距離是299792458米，在299792458的距離内傳播的光子數目與光的頻率在數量上相等。

每一個光量子的質量都是相等的，單個光量子的質量m=1.47449946 × 10^-50kg

（1.47449946 乘以10的負50次方千克） 。

2.單個光子在1秒内産生的動能是6.62607015×10^-34焦耳。

光線在一秒鐘内的的總動能等于光線的頻率乘以一秒，再乘以單個光子的動能。

公式：

E=f·T·1/2 ·m·v^2

（T=1秒，E表示能量，f表示頻率，時間T=1秒，m表示單個光子的質量，v表示光的速度）

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