光到底有没有质量？

微信粉丝TM提问：光到底有没有质量？如果没有，那怎么解释光的波粒二象性的粒子态？怎么解释光有能量？怎么解释光逃不出黑洞？如果它没有质量，它就不会有体积，也就不会被吸引了，对吧？如果它有质量，怎么解释爱因斯坦方程中的“一个有质量的物体在达到光速时质量会被加到无限大，从而需要无限大的能量来推动”这一理论？因为所有东西都不可能有无限大的能量来推动，对吧？

答：光子没有静止质量，即光子的静止质量为0，因此根据爱因斯坦的质速关系，也就不会出现光子以光速运动时质量变为无穷大的现象。光子具有动质量，可以用光的频率v、普克朗常数h 和光速c 得到它的动质量为hv/c2。光在真空中的传播速度是c，这个速度的大小与参考系的选取无关。因此，光会被黑洞吸收也是可以理解的，况且黑洞是广义相对论的一个预言。广义相对论把引力看成空间的弯曲，黑洞所在的空间被极度弯曲以至于连光也无法逃脱。另外，光子的静止质量严格为0，本质上和库仑定律严格的距离平方反比关系等价。如果光子的静止质量不为0，那么库仑定律也不是严格的平方反比定律。所有有关的经典理论，如麦克斯韦方程组和电磁场的拉格朗日量都依赖于光子静质量严格为0的假设。

兰州大学物理学研究生：陈靖 指导老师：乔亮

延伸阅读 光子起源

早在1 9 0 0年，普朗克解释黑体辐射能量分布时做出量子假设，认为物质振子与辐射之间的能量交换是不连续的，而是一份一份的，每一份的能量为hv。1 9 0 5年，爱因斯坦进一步提出光波本身就不是连续的，而具有粒子性，并称之为光量子；1 9 2 3年，康普顿成功地用光量子概念解释了X 光被物质散射时波长变化的康普顿效应，光量子概念从而被广泛接受和应用，1 9 2 6年正式命名为光子。中子的质量：1.6 7 4 9 2 7 2 1 1（8 4）×1 0-2 7 千克；中子的半径：1.1 1 3 3 7 5 5 7（4 8）飞米；质子的质量：1.6 7 2 6 2 1 6 3 7（8 3）×1 0-2 7 千克；质子的半径：1.1 1 2 8 6 4 4 8（4 8）飞米；电子的质量：9.1 0 9 3 8 2 1 5（4 5）×1 0-3 1千克；电子的半径：0.0 9 0 8 8 0 9 1 4（4 0）飞米；光子的质量：9.3 4 7 5 4 3（3 8）×1 0-3 6 千克；光子的半径：0.0 0 3 1 3 4 9 3 7 4（2 9）飞米。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）电子伏特，频率：6.3 3 9 4 7 0（2 6）×1 014赫兹，波长：4 7 2.8 9 8 3（2 0）纳米，正好位于青蓝色光波长的中心位置——4 7 3.5纳米附近。endprint