从光波到光子---势能消失的背后。。。

戴榕菁

光在我们的四维自然界中占有非常特殊的地位。有关光的特性的研究产生了相对论而且也为量子论的研究奠定了基础。但是，随着狭义相对论的被否认，可以预见人们也将随着对于光的特性的重新认识而对量子论的相关结论产生疑问。

尽管现代物理学界声称量子场论是描述光的最正确的理论，在现实生活中，不但经典的麦克斯韦电磁场理论显然仍是人们用来认识和解决与光有关的实际问题的主要依据，而且量子论中有关光速的计算也仍来源于麦克斯韦的公式。

麦克斯韦方程可以用电磁势能表示为：

E+∂A/∂t=−∇φ           （1）

B=∇×A                  （2）

其中，φ和A分别为电场与磁场的势，它们对应的就是电场与磁场的势能。可见，在经典物理中，电磁场是有势能的，因而作为电磁场的传播的光波动方程就是在这个基础上推导出来的，也就是说在麦克斯韦的时期是没有否定光的势能的。

但是，来到量子论后，在代表光子的拉格朗日函数中将对应着（1）和（2）中的电磁势的导数的项(∂?A?-∂?A?)(∂?∂A?-∂?∂A?)/16π诠释为动能项，而对应着势能的A的平方项则因为光子不具有质量而被设为零，也就是说在量子论中光子被认为只有动能而没有势能的。

那么，是什么原因使得经典的麦克斯韦理论中的光波的势能到了量子论中的光子就消失了呢？答案是：狭义相对论。

麦克斯韦理论是狭义相对论的出发点。在那里光还是有势能的。即便是在狭义相对论之前就推导出与E=mc²实际上一样的公式的庞加莱在他推导该公式的文章【[1]】中也认定光具有势能U。而量子论则是狭义相对论的一个应用，在那里因为狭义相对论不允许光子具有质量而使得光子失去了势能。

不过，不久前academia.com的一位被我在中文文章中称为醉拳师傅的Henri在他的一篇文章【[2]】中，通过让光子具有质量而得出了在相同温度下比基于狭义相对论和量子力学的CMB理论对宇宙微波背景辐射大出6%左右的频率来，这使得他的结果所对应的哈勃常数应该比CMB理论更接近之前由亮度阶梯对哈勃常数计算的结果（【[3]】,【[4]】,【[5]】, 【[7]】,【[8]】,【[9]】,【[10]】,【[11]】,【[12]】,【[13]】）。这不得不使人在已知狭义相对论是错误的前提下开始对于光子零质量的假设的合理性产生质疑，而一旦光子的零质量假设被否定的话，那么光子的零势能也就将失去依据。。。。。。