光子有质量吗 光子具有静止质量吗

19世纪最伟大的物理学成就之一是麦克斯韦方程的建立。这一经典电磁场理论推动了20世纪物理学的伟大发展，即相对论和量子力学的建立，它们是现代物理学赖以发展的支柱。无论是在麦克斯韦的电磁理论中，还是在爱因斯坦的狭义相对论中，光速不变的假设都意味着光子的剩余质量必须为零。

1905年，爱因斯坦提出光子假说来解释光电效应，同年，他提出了著名的狭义相对论。狭义相对论给出了静止质量有限的粒子的速度和能量的关系:能量的增加会导致速度的增加，但永远达不到光速，因为它需要无限的能量。对于静止质量为零的粒子，无论其能量如何，其速度始终是光速。光子就是这样一个静止质量为零的粒子。

光子携带能量和动量，在空之间传播，但光子的静态质量假设为零。这个假设的理由是光子不可能是静止的。因为如果它能静止不动，我们当然可以捕捉它并称重。在过去的一个世纪里，麦克斯韦电磁理论和狭义相对论在许多实验中的成功导致了没有静态质量的光子概念被广泛接受。

尽管如此，很多物理大师对于光子静止质量的问题还是非常谨慎的，他们会在实验中直接或间接进行测试，试图发现光子具有微小的静止质量。事实上，光子具有静态质量并不违背相对论。

光子具有由静态质量引起的物理效应

“为什么夜空空暗而不是亮？”对于这个所谓的奥尔勃斯悖论，目前有两种解释:第一，宇宙不是无限的，而是有限的；第二，宇宙中的星系不是相对静止的，而是彼此相距很远。根据多普勒效应，当光到达我们的视野时，它已经红移到人眼不可见的红外波段。事实上，我们可以有第三种解释:光子具有静态质量，因此当来自遥远星系的光子到达我们的视野时，它们已经停止了。

事实上，光子与静止质量的各种物理效应是实验中检验它的标准。从原理上讲，有限光子静态质量加入麦克斯韦电磁理论后，会产生各种物理效应。这就变成了普鲁卡的引力和电磁场方程。

根据Proka的重电磁理论，光子与静止质量的直接作用是真空中光速与频率的依赖关系，也就是说不同频率的电磁波在真空中会有不同的速度。这种现象称为真空中光速的色散效应。物理学家可以通过测量真空中不同频率电磁波的速度差来确定光子的静止质量。但是从以往的实验来看，由于各种介质的干扰，这个实验并没有取得明显的进展。

考虑到光子具有静态质量，熟知的库仑平方反比定律会发生偏离，导致带电导体的静电荷不再集中在表面，内部也会出现自由电荷。因此，库仑平方反比定律的偏离程度可以决定光子的静止质量。众所周知，在麦克斯韦电磁理论中，电磁波是一种横波。如果考虑光子的静态质量，就会出现第三种效应，即纵向电磁波的出现。

因此，光子有可能具有非常微小的静止质量，这远小于中微子的静止质量，但它不是零。然而，到目前为止，实验结果只给出了质量上限，却没有证明光子具有静态质量。