物理學(xué)告訴我們，光子是沒(méi)有靜止質(zhì)量（下面簡(jiǎn)稱質(zhì)量）的，可有許多研究者經(jīng)過(guò)分析，宣布：光子很可能有質(zhì)量！
愛(ài)因斯坦的假設(shè)也許錯(cuò)了
光子的概念首先是愛(ài)因斯坦提出來(lái)的，愛(ài)因斯坦認(rèn)為，光波具有粒子性，這種粒子就叫光子，他還假設(shè)，光子的速度是宇宙中最快的速度，用c來(lái)表示。這種假設(shè)只是他的一種硬性規(guī)定而已，并沒(méi)有什么理由，也許是他覺(jué)得宇宙中沒(méi)有比光子在真空中的運(yùn)動(dòng)速度再快的速度了。
由于有了這個(gè)假設(shè)，根據(jù)理論公式，愛(ài)因斯坦得出了光子的靜止質(zhì)量為零的結(jié)論。這個(gè)結(jié)論讓一些科學(xué)家感到懷疑，一種沒(méi)有質(zhì)量的粒子還真讓人難以接受。于是這些科學(xué)家設(shè)想了另一種可能性——
也許宇宙中有個(gè)最大速度，但光子的速度，即使是在真空中的速度，也不一定能達(dá)到最大速度，畢竟我們還不知道宇宙中的最大速度到底是多少，有可能比光速大，有可能就是光速。如果光速就是宇宙中的最大速度，那么從理論公式推導(dǎo)，光子的質(zhì)量就是零；若光速小于宇宙的最大速度，計(jì)算的結(jié)果，光子的質(zhì)量就不是零了。
光子質(zhì)量是否為零，決定了我們所掌握的很多物理定律是否正確，因此這可不是科學(xué)家隨便尋開(kāi)心，假設(shè)了一些東西來(lái)玩。既然說(shuō)光子質(zhì)量可能不為零，那就得拿出證據(jù)來(lái)，比如的確測(cè)量到了光子的質(zhì)量。
讓光子參加長(zhǎng)跑比賽
其實(shí)自1930年以來(lái)，就不斷有科學(xué)家提出，光子很可能是有質(zhì)量的。既然光子的質(zhì)量不一定為零，那么如果光子有質(zhì)量會(huì)怎么樣呢？
最好是它表現(xiàn)出的效應(yīng)能讓我們測(cè)出它的質(zhì)量是多少，給我們一個(gè)質(zhì)量大小的范圍也行啊。
如果光子有質(zhì)量，不同能量的光子，速度就會(huì)不同，也就是不同頻率的光子會(huì)以不同的速度前進(jìn)，高頻率的光子要比低頻率的光子速度快。說(shuō)起來(lái)很簡(jiǎn)單，但光子的質(zhì)量非常非常小，而高頻率的光子與低頻率的光子之間的速度差異就更小了，要比較兩個(gè)質(zhì)量不同的光子非常細(xì)微的質(zhì)量差異，簡(jiǎn)直難比登天！
別急，科學(xué)家想到了一個(gè)巧妙的法子：如果讓許多光子跑很長(zhǎng)的距離，若它們的確有速度差別，我們就可以看出誰(shuí)快誰(shuí)慢，速度相差多少也可以計(jì)算出來(lái)了。這就像速度差不多的汽車在跑道上跑一圈，幾乎看不出差別，但是讓它們跑上100圈就看出速度的差別了。
但對(duì)于光這么快的速度，只能利用宇宙范圍的距離，才能看出它們的速度差異?？茖W(xué)家想到了宇宙中的脈沖星，脈沖星是一種不斷從磁極向外輻射電磁波的中子星，由于它向外輻射電磁波的磁極與自轉(zhuǎn)軸不在同一直線上，電磁波輻射出去的效果就像在地球上有人用激光探照燈向太空照一樣，于是快速自轉(zhuǎn)的中子星發(fā)射的電磁波經(jīng)常會(huì)定期地掃過(guò)地球。在觀測(cè)脈沖星的過(guò)程中，科學(xué)家經(jīng)常是先觀測(cè)到高頻電波，之后低頻電波才來(lái)到。這說(shuō)明低頻電波確實(shí)存在速度滯后的現(xiàn)象。
但是就此說(shuō)光子有質(zhì)量，還言之過(guò)早。一些科學(xué)家認(rèn)為，宇宙空間的稀薄物質(zhì)對(duì)于不同頻率的電磁波影響也不同，往往是低頻電磁波受影響最大，因此我們現(xiàn)在不能完全判定光子有質(zhì)量。
光子決定了電磁場(chǎng)的疆域
一計(jì)不成，再來(lái)一計(jì)?？茖W(xué)家想到了從電磁場(chǎng)的角度檢驗(yàn)光子是否有質(zhì)量。
根據(jù)物理學(xué)上的庫(kù)侖定律，兩個(gè)電荷之間的作用力與兩電荷之間距離的平方成反比關(guān)系。根據(jù)這種關(guān)系，只要電荷的質(zhì)量不為零，不論兩電荷之間距離有多遠(yuǎn)，兩者之間的作用力都不可能是零，因此電磁場(chǎng)的作用范圍會(huì)是無(wú)限大。
但無(wú)限大這個(gè)概念只是個(gè)想像的概念，現(xiàn)實(shí)中根本就不存在無(wú)限或無(wú)窮的情況，就連我們的宇宙也不是無(wú)窮大的。因此，電磁場(chǎng)的作用范圍不可能無(wú)限大，并且根據(jù)電磁學(xué)理論分析，雖然在庫(kù)侖定律公式中沒(méi)光子什么事兒，但由于電磁作用是靠光子來(lái)傳遞的，只有光子質(zhì)量為零，電磁場(chǎng)的作用范圍才有可能是無(wú)限大。反過(guò)來(lái)，由于電磁場(chǎng)的作用范圍并不是無(wú)限大，我們就可以推論，光子的質(zhì)量就不可能為零。
這種說(shuō)法是有根據(jù)的，因?yàn)榱Ｗ游锢韺W(xué)中就有個(gè)公式，表示的是：力的作用范圍與傳遞力的粒子質(zhì)量成反比。拿中子與質(zhì)子之間的強(qiáng)作用力來(lái)說(shuō)吧，這種強(qiáng)作用力是由一種粒子來(lái)傳遞的。1930年代，科學(xué)家就預(yù)測(cè)傳遞強(qiáng)作用力的粒子有質(zhì)量，質(zhì)量大約是質(zhì)子質(zhì)量的1/10。到了1940年代，傳遞強(qiáng)作用力的π介子找到了，它的實(shí)際質(zhì)量與預(yù)測(cè)質(zhì)量很接近。這就驗(yàn)證了力的作用范圍與傳遞力的粒子質(zhì)量成反比的說(shuō)法，
由此可以推測(cè)，如果電磁場(chǎng)的作用范圍不是無(wú)限大，那么光子就是有質(zhì)量的，并且光子的質(zhì)量越大，電磁場(chǎng)的范圍就會(huì)越小。
光子質(zhì)量非常非常??？
在新思路的指導(dǎo)下，科學(xué)家設(shè)計(jì)出新的電磁作用與距離的關(guān)系式，在這個(gè)關(guān)系式中，電磁作用除了與電荷、距離有關(guān)，還與光子質(zhì)量有關(guān)。因此通過(guò)測(cè)量電磁場(chǎng)范圍大小，就可以求出光子質(zhì)量了。
1971年，科學(xué)家根據(jù)靜電荷電場(chǎng)的作用力范圍大小情況，估計(jì)出光子的質(zhì)量不會(huì)超過(guò)2×10-50千克。此外，利用地磁場(chǎng)的作用力范圍情況，科學(xué)家估測(cè)光子質(zhì)量不會(huì)超過(guò)4×10-51千克，后來(lái)根據(jù)木星磁場(chǎng)作用力的觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步估測(cè)光子的質(zhì)量不會(huì)超過(guò)8×10-52千克。
如今，科學(xué)家正琢磨著利用更大范圍的磁場(chǎng)作用情況，例如銀河系的磁場(chǎng)作用力范圍，來(lái)估算光子的質(zhì)量。
但是通過(guò)這些關(guān)系，科學(xué)家只能不斷縮小光子質(zhì)量的范圍，現(xiàn)在可以說(shuō)，如果光子有質(zhì)量，它的質(zhì)量非常小，最新的估計(jì)是，光子的質(zhì)量不會(huì)超過(guò)10-54千克。但是這個(gè)數(shù)據(jù)并不能肯定地告訴我們光子是有質(zhì)量的，因?yàn)檫@個(gè)數(shù)太小了，完全可以作為測(cè)量誤差忽略掉，把光子質(zhì)量看作零。
和光子不共戴天的家伙
那么光子到底有沒(méi)有質(zhì)量？什么樣的證據(jù)可以一錘定音地把光子質(zhì)量的有與無(wú)確定下來(lái)呢？
第三條計(jì)策問(wèn)世了。利用量子力學(xué)的知識(shí)，科學(xué)家找到了一個(gè)微妙的關(guān)系：磁單極子的存在與光子有質(zhì)量是沖突的。就是說(shuō)，如果有磁單極子存在，光子的質(zhì)量必為零，如果磁單極子找不到，我們也只能說(shuō)，光子很可能有質(zhì)量。
這么多年科學(xué)家找磁單極子找得很辛苦，但就是找不到，這是否說(shuō)明光子很可能有質(zhì)量，磁單極子根本就不存在？反過(guò)來(lái)，如果我們證明光子的質(zhì)量確實(shí)不為零，那么科學(xué)家就不要費(fèi)力去尋找磁單極子了，因?yàn)檫@就等于說(shuō)磁單極子根本就不存在。
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