光子沒有質量,從一定程度上說,光子的概念一直是作為能量子而存在的,而不是質量多少的粒子。
光子的起源
光子起源於1900年,普朗克為擬合黑體輻射譜而引入的能量子假設ε=ℏω,1905年愛因斯坦在解釋光電效應的實驗中首次提出光量子的概念E=hv,1923年康普頓為解釋X射線的電子散射問題引入了光的動量p=E/c,最終1926年,由化學家劉易斯命名為光子(photon)。
經典光場的色散關係演變為光子的能量—動量關係E=pc
光子無質量
根據狹義相對性原理,物理定律在不同慣性參考系下經洛倫茲變換後具有相等形式,可以得到粒子的能量公式E²=p²c²+m²c⁴,當m=0時,可以得到E=pc,這正是光子被認為質量等於0的直接原因。然而,上式中的E並不是經典力學中的能量E=mv,而是狹義相對論中匯出的能量E=βmv,β是洛倫茲因子1/√(1-v²/c²),顯然對於光子v=c時,β=1/0失去意義,因此並不能以此認為光子的質量是0。
根據量子力學中粒子的標準模型,光子是自旋為1的規範玻色子,它沒有質量或者電荷,而不是質量或電荷為0。因為當光子系統的總自旋為1時,光子沿動量方向的投影只能為+1或-1,而有質量的電子系統總自旋為1時,其投影可以為1、0、-1,理論上有質量和質量為0應該遵循同樣的量子規則,而光子自旋的量子規律並非如此,這意味著光子是沒有質量的。
引入自旋對於沒有質量的光子而言是非物理的,光子只有螺旋性。——J.E.sipe
光子和電子雖然都具有波粒二象性,但是光子沒有質量,這意味著,二者仍然存在本質的區別。
光子沒有質量,從一定程度上說,光子的概念一直是作為能量子而存在的,而不是質量多少的粒子。
光子的起源
光子起源於1900年,普朗克為擬合黑體輻射譜而引入的能量子假設ε=ℏω,1905年愛因斯坦在解釋光電效應的實驗中首次提出光量子的概念E=hv,1923年康普頓為解釋X射線的電子散射問題引入了光的動量p=E/c,最終1926年,由化學家劉易斯命名為光子(photon)。
經典光場的色散關係演變為光子的能量—動量關係E=pc
光子無質量
根據狹義相對性原理,物理定律在不同慣性參考系下經洛倫茲變換後具有相等形式,可以得到粒子的能量公式E²=p²c²+m²c⁴,當m=0時,可以得到E=pc,這正是光子被認為質量等於0的直接原因。然而,上式中的E並不是經典力學中的能量E=mv,而是狹義相對論中匯出的能量E=βmv,β是洛倫茲因子1/√(1-v²/c²),顯然對於光子v=c時,β=1/0失去意義,因此並不能以此認為光子的質量是0。
根據量子力學中粒子的標準模型,光子是自旋為1的規範玻色子,它沒有質量或者電荷,而不是質量或電荷為0。因為當光子系統的總自旋為1時,光子沿動量方向的投影只能為+1或-1,而有質量的電子系統總自旋為1時,其投影可以為1、0、-1,理論上有質量和質量為0應該遵循同樣的量子規則,而光子自旋的量子規律並非如此,這意味著光子是沒有質量的。
引入自旋對於沒有質量的光子而言是非物理的,光子只有螺旋性。——J.E.sipe
光子和電子雖然都具有波粒二象性,但是光子沒有質量,這意味著,二者仍然存在本質的區別。