光到底有沒有質(zhì)量？

微信粉絲TM提問：光到底有沒有質(zhì)量？如果沒有，那怎么解釋光的波粒二象性的粒子態(tài)？怎么解釋光有能量？怎么解釋光逃不出黑洞？如果它沒有質(zhì)量，它就不會有體積，也就不會被吸引了，對吧？如果它有質(zhì)量，怎么解釋愛因斯坦方程中的“一個有質(zhì)量的物體在達到光速時質(zhì)量會被加到無限大，從而需要無限大的能量來推動”這一理論？因為所有東西都不可能有無限大的能量來推動，對吧？

答：光子沒有靜止質(zhì)量，即光子的靜止質(zhì)量為0，因此根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)速關系，也就不會出現(xiàn)光子以光速運動時質(zhì)量變?yōu)闊o窮大的現(xiàn)象。光子具有動質(zhì)量，可以用光的頻率v、普克朗常數(shù)h 和光速c 得到它的動質(zhì)量為hv/c2。光在真空中的傳播速度是c，這個速度的大小與參考系的選取無關。因此，光會被黑洞吸收也是可以理解的，況且黑洞是廣義相對論的一個預言。廣義相對論把引力看成空間的彎曲，黑洞所在的空間被極度彎曲以至于連光也無法逃脫。另外，光子的靜止質(zhì)量嚴格為0，本質(zhì)上和庫侖定律嚴格的距離平方反比關系等價。如果光子的靜止質(zhì)量不為0，那么庫侖定律也不是嚴格的平方反比定律。所有有關的經(jīng)典理論，如麥克斯韋方程組和電磁場的拉格朗日量都依賴于光子靜質(zhì)量嚴格為0的假設。

蘭州大學物理學研究生：陳靖 指導老師：喬亮

延伸閱讀 光子起源

早在1 9 0 0年，普朗克解釋黑體輻射能量分布時做出量子假設，認為物質(zhì)振子與輻射之間的能量交換是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份的能量為hv。1 9 0 5年，愛因斯坦進一步提出光波本身就不是連續(xù)的，而具有粒子性，并稱之為光量子；1 9 2 3年，康普頓成功地用光量子概念解釋了X 光被物質(zhì)散射時波長變化的康普頓效應，光量子概念從而被廣泛接受和應用，1 9 2 6年正式命名為光子。中子的質(zhì)量：1.6 7 4 9 2 7 2 1 1（8 4）×1 0-2 7 千克；中子的半徑：1.1 1 3 3 7 5 5 7（4 8）飛米；質(zhì)子的質(zhì)量：1.6 7 2 6 2 1 6 3 7（8 3）×1 0-2 7 千克；質(zhì)子的半徑：1.1 1 2 8 6 4 4 8（4 8）飛米；電子的質(zhì)量：9.1 0 9 3 8 2 1 5（4 5）×1 0-3 1千克；電子的半徑：0.0 9 0 8 8 0 9 1 4（4 0）飛米；光子的質(zhì)量：9.3 4 7 5 4 3（3 8）×1 0-3 6 千克；光子的半徑：0.0 0 3 1 3 4 9 3 7 4（2 9）飛米。光子的能量：4.2 0 0 5 7 7（1 7）×1 0-1 9焦耳，2.6 2 1 7 9 4（1 1）電子伏特，頻率：6.3 3 9 4 7 0（2 6）×1 014赫茲，波長：4 7 2.8 9 8 3（2 0）納米，正好位于青藍色光波長的中心位置——4 7 3.5納米附近。endprint