光到底有沒有質量？

微信粉絲TM提問：光到底有沒有質量？如果沒有，那怎么解釋光的波粒二象性的粒子態？怎么解釋光有能量？怎么解釋光逃不出黑洞？如果它沒有質量，它就不會有體積，也就不會被吸引了，對吧？如果它有質量，怎么解釋愛因斯坦方程中的“一個有質量的物體在達到光速時質量會被加到無限大，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：光子沒有靜止質量，即光子的靜止質量為0，因此根據愛因斯坦的質速關系，也就不會出現光子以光速運動時質量變為無窮大的現象。光子具有動質量，可以用光的頻率v、普克朗常數h 和光速c 得到它的動質量為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，光子的靜止質量嚴格為0，本質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，認為物質振子與輻射之間的能量交換是不連續的，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；質子的質量：1.6 7 2 6 2 1 6 3 7（8 3）×1 0-2 7 千克；質子的半徑：1.1 1 2 8 6 4 4 8（4 8）飛米；電子的質量：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