光子的静止质量在物理学中的重要意义

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光子没有静止质量，光子转化为电子和正电子意味着静止质量从运动质量中产生，这是一个极其普遍的和根本的规律.在物体以与光的传播速度相比拟的高速运动时，粒子的质量比其静止质量增大成为重要的事情.在电子和正电子转化为光子的场合，静止质量完全转化为运动质量.这些效应已经不能称为相对论性的，而应称为超相对论性的了.──库兹涅佐夫

中国科学院理论物理学研究所研究员、相对论研究专家张元仲著的《狭义相对论实验基础》，在第152～182页中介绍世界各国科学家做的、证明光静质零定理的19个实验时说：“迄今对光子静质量所进行的各种检验都是以重电磁理论（Proca方程）为基础的．”假设洛仑兹不变性成立，放弃相角规范(U(r)规范)不变性，从而对麦克斯韦方程进行修改，再附加上与光子静质量有关的项，就得到所谓的Proca方程.在这种情况下，洛仑兹变换中的常数c已不再代表通常意义下的光速，而只是一个具有速度量纲的普适常数，光速将于频率有关、静电场将发生偏转（附加了汤川势）、光波的纵向分量将不为0.

历史上，德布罗意曾提出光子具有静止质量的设想，薛定谔在试图统一电磁与引力时也曾对有限光子质量感兴趣.应当指出，光子具有静止质量将导致一个严重的后果，那就是目前最成功的量子电动力学将是不可重正化的，从而将变得无效.

文献[1]分析了光子的静止质量与库仑定律的关系及其在物理学中的重要意义.库仑定律与光子静止引力质量m_γ是否为零有密切的关系.m_γ是有限的非零值还是等于0，有本质的区别，并且会给物理学带来一系列原则问题.如果m_γ≠0，那么：

1.电动力学的规范不变性被破坏，使电动力学的一些基本性质失去了依据；

2.电荷将不守恒；

3.光子的偏振态有2变为3；

4.黑体辐射公式要修改；

5.会出现真空色散，即不同频率的光波在真空中的传播速度不同，真空光速不变性原理遭到了质疑；重电磁理论的最直接的结论是重光子(μ≠0)在真空中的速度色散效应.

6.电磁力将不会是长程力，平方反比律应有偏差，

如果m_γ≠0，则电磁力为非长程力，库仑定律应有偏差，即f∝r^-2±δ，δ≠0；反之，如果m_γ=0，则δ=0.因此m_γ与Coulomb^，slaw偏离平方的修正数有关.1930年Proca指出，如果m_γ≠0，则真空中的Maxwell方程组应修改为

▽.E=4πρ—（m_γc/h)²φ

▽.B=0

▽×E=—c^-1（σB/σt）

▽×B=c^-1（σE/σt）+4π/cJ—（m_γc/h）²A

式中A和φ分别是电磁场的矢势和标势，c是真空中的光速，h是普朗克常量.②式称为Proca方程，采用的是高斯单位制.Proca方程的解的形式为φ~r^-1e^-ur③，式中的μ为μ=m_rc/h④.当m_r≠0时，μ≠0，可见Proca方程的解比通常的Maxwell方程的解多了一个指数因子e^-ur.当m_r=0时，μ=0，Proca方程回复到Maxwell方程.有E∝—▽φ、E∝γ^—2—δ及③④式，可以找出δ与μ的关系，即找出δ与m_r的关系.再利用1971年William等人的实验结果δ＜3×10^—16，可得出m_r＜2×10^—47g.这就是利用δ的下限得出m_r下限的方法.

参考文献：

【1】何池航，李智华.光子静质量与库仑定律关系的再论证.物理通报，2021年第6期：21～24.