在使用狭义相对论计算康普顿散射时,一般用了质壳关系:

\(E^2 = (pc)^2 + (m_0 c^2)^2 \)

能量守恒:

\(E=m_0 c^2 + \Delta E_\gamma \)

动量守恒:

\(p=p_e+\Delta p_\gamma\)

\(p_\gamma\)是光子动量,\(E_\gamma\)是光子能量

使用数学推导从来不是我们的目的,

使用几何来解释物理才是我们要追求的,

那么,怎么从几何上理解康普顿散射?

我们寻找最简单的一种情况:

一个能量为\(E_\gamma\)的光子撞击一个质量为\(m_0\)的静止的光子

首先,我们假设光子被电子完全吸收,

光子的动量也完全被电子吸收,

所以\(p_e=p_\gamma=\frac{E_\gamma}{c}\)

根据质壳公式,则有:

\(m_0c^2+E_\gamma^2) = (p_e c)^2+(m_0c^2)^2

=(E_\gamma)^2 +(m_0c^2)^2

这显然是不可能的,为什么会这样呢?

我们完全使用几何和牛顿力学来解决这个疑问