光子的质量

戴榕菁

如我之前（e.g. “否定狭义相对论给年轻学子们带来的好处。。。。”）已经指出过，推翻狭义相对论将为物理学打开一个全新的局面。我们甚至可以预期很多人会因为纠正狭义相对论在过去一百多年里造成的错误而获得诺贝尔奖，不过这不是本文要讨论的。本文的主题是光子是否具有质量。

根据现有的相对论及建立在相对论基础上的量子物理，光子是没有质量的，而这里的主要原因是如果承认光子有质量m，那么用下面的公式（1）算光子的总能量时会因为v=c而出现无穷大：

E=mc²/sqrt(1-v²/c²)                        （1）

但是随着我们推翻狭义相对论，我们不再承认（1）式，因此我们不再需要因为担心出现无穷大的能量而否认光子的质量了。那么我们是否可以如有些人（如【[1]】）那样用原始的爱因斯坦质量能量关系E=mc²结合着普朗克-爱因斯坦光能公式E=hf，来得出计算光子质量的公式（2）呢？

m=hf/c²                                                               （2）

答案是否定的。这是因为如我之前指出的（e.g. 【[2]】, 【[3]】）,E=mc²代表的不是总能量而是势能，但我们又知道E=hf代表的是光子的总能量，所以我们不能将E=mc²代入E=hf，因而（2）式是错误的。

因此，光子是否有质量的问题现在成为了电磁波是否具有势能的问题！

只要电磁波具有势能，光子就具有质量，但如果电磁波不具有势能，光子就没有质量。

“电磁波是否具有势能”听起来似乎是一个很容易回答的问题，因为所谓电磁波就是电磁场的传播，而电磁场是有势能的，所以电磁波应该有势能。但目前在网上这却成了一个有争议的话题，一部分人认为电磁波没有势能，另一部分人认为电磁波有势能。

我个人倾向于认为电磁波有势能，而且应该可以测出来，因而光子应该是有相应的质量的。但是因为我不具备任何测试条件，所以就暂且做壁上观。只不过可惜的是，这导致我目前无法确切地说光子是否有质量。只有当我确定电磁波是否有势能了之后才能对此下结论。。。。。。

 

Reference