光子为什么没有质量？ 第1页

谢邀。这里分两步来回答：

1. 光子是零质量吗？没有质量为什么会有能量，不是说质量和能量等价吗？

2. 是否有实验来证明光子的静质量真的为0。

1.光子质量是多少？

物理学家的答案是，光子静质量为0，但是它是有能量的，这也和爱因斯坦质能方程不矛盾。

它的逻辑是这样的。把一个粒子加速到一定速度v，牛顿力学定义了这个粒子的动量p。动量是正比于速度v的，它的比例系数称为粒子的质量m。狭义相对论中，把牛顿力学中动量p的定义进行了推广，尽管p和v指向同一方向，但它们不再成正比。它们通过“相对论质量”联系起来，

.

当粒子静止时，它的相对论质量有着最小的值，称为“静质量”。

在狭义相对论中，能量和粒子的质量和动量相关，就是所谓的质能方程（以下两个方程式等价的）：

或者

由这个方程可知：

1. 如果粒子静止，那么p=0，并且。

2. 如果粒子的静质量为0，那么。

在经典电动力学中，光的能量和动量正好满足关系。

量子力学中，光也被看做是粒子：光子。尽管光子无法静止下来，它仍然可以用相对论的质能方程描述，并认为它静质量为0。

于是，质能方程既可以应用到有静质量的实物粒子也可以应用到无静质量的光子。

要注意的是：静质量是粒子的固有属性，所以物理中所说的质量，一般都是指静质量。

总结：我们说光子没有质量，说的是光子静质量为0。但根据质能方程，光子仍然有能量。

2.实验上是否有证据证明光子的静质量为0？

仅从理论上来说，如果光子静质量不为零，量子电动力学就会失去规范不变性，从而导致这个理论无法重整化。另外，电荷守恒无法自动保证。

尽管有质量的光子会导致理论上的困难，但物理是实验科学，说光子静质量为0仍需要实验来检验。

目前几乎不可能用实验直接证明光子静质量为0，我们最多能给出光子静止量的上限。所以，物理学家设计各种实验来给出光子静质量的上限。

实验原理是这样的，如果光子有静质量，静磁场的行为会有所变化，通过用卫星测量星球的磁场，就可以推算出光子静止质量的上限。

电荷成分探测(Charge Composition Explorer)宇宙飞行器曾给出一个上限是kg。后来，在实验室中通过观测卡文迪许天平实验中的反常力，又给出了更精确一点的上限kg。之后对银河磁场的研究，再次给出更好的上限kg的值。

已知最轻有质量的粒子中微子的质量大约是kg。光子质量上限也是它质量的100亿亿亿分之一。所以如果你提出一个光子有质量的物理理论，光子质量也必须是非常非常轻的。

如果对这方面实验感兴趣，可以读读文献：

E. Fischbach et al., Physical Review Letters 73, 514–517 25 July 1994.