【物理探秘】光子靜質量的現代觀點.

2021-01-14 環球物理


現在的有關光子靜止質量的理論是以相互作用理論為基礎的。按照現代的觀點,各種基本的相互作用都應當是滿足規範變換不變性的。



  

之所以要求相互作用滿足規範不變性,是由於在量子場論中存在著著名的發散困難,發散困難必須用重整化方法來解決,而重整化方法可行的條件就是理論必須滿足規範不變性。但是,規範不變性是與規範場粒子靜質量為0緊密聯繫在一起的。例如電磁場的規範不變性就是與光子的靜質量為0直接相關的。

  

從理論上來講,不僅電磁相互作用如此,其他相互作用亦是如此。強、弱相互作用如此,愛因斯坦所建立的引力相互作用理論——廣義相對論亦如此,它們都是規範理論。在此基礎上建立起來的弱電統一理論,70年代以來提出的將強、弱、電磁三種相互作用統一起來的理論都是規範理論,人們甚至設想把引力相互作用也納入該理論中而建立起完全統一的理論。總之,規範理論已經成為物理研究中一個極重要的方向。


  

然而,1983年發現的W±、Z°粒子雖然證實了規範化的弱電統一理論的正確性,但實驗卻表明它們都具有靜質量。解決這個困難的方法認為:那些規範場粒子本來的確是沒有靜質量的,現在觀察到的質量是由於真空的對稱性破缺引起的。也就是說,在原來的真空中這些粒子並沒有靜質量,但真空本身可以變化,在變化後的真空裡它們表現出有質量。

  

物理上的真空事實上是由正、負粒子對構成的而非絕對的虛無。真空背景在一定的條件下會發生起伏,這種起伏稱為真空極化。此時的光子就會和由於真空極化而產生的正、負粒子對發生相互作用,從而使光子的行為好像具有靜質量。

  

在真正的真空中,光子是沒有靜質量的。在現在的物理真空裡,光子是可以有靜質量的。至於現在的真空如何由原來的真空演化而來,這在物理學中乃是一個最最基本的問題。

  

上述觀點乃是一些理論設想,是否正確還有待於進一步的研究。


相關焦點

  • 為何光子的靜質量為零?
    針對於這個問題我說說我的觀點。光子的靜質量為零,這是在相對論中定義的,一方面是為了數學上的自洽,也有推導過程。根據相對論的描述,光子由於無法靜止,所以它沒有靜止質量,所以光子只具有相對論質量。從波的角度看,光子具有兩種可能的偏振態和三個正交的波矢分量,決定了它的波長和傳播方向;從粒光子晶體結子的角度看,光子靜止質量為零,電荷為零,半衰期無限長。光子是自旋為1的規範玻色子,因而輕子數、重子數和奇異數都為零。
  • 從理論與實驗角度解讀:為什麼光子沒有靜質量?
    主題目錄如下:為什麼光子沒有靜質量靜質量從何而來為什麼光子沒有靜質量靜質量(Rest Mass)——也可以譯作剩餘質量,又稱不變質量首先,從理論上來說,光子沒有靜質量是一個假設,並且很多其它物理理論依賴於它。
  • 光子為什麼沒有靜質量?
    這篇文章介紹為什麼光子無靜質量的問題。那麼這些推導與光子無靜質量表現有何關聯呢?其實,光子無靜質量的解讀也是對靜質量如何形成的解讀。基於對稱性法則可知,光子是發生糾纏空單主體物象形成的物象環在與其運動方向軸線正交平面對稱分布,從而形成的1級麻花形閉環。當有2級環存在時,基於同樣的物空象互繞對稱性法則,1級環因被要求環繞其作為整體形成2級映射糾纏環空象而存在,所以會在極小二維平面內以閉合環形態存在,從而具有靜質量表現。
  • 如果光子有質量,那麼整個現代物理學體系將會怎麼樣?
    「質量」這個概念究竟是什麼意思?在我們的一般認知裡,「質量」是物體所具有的一種物理屬性,是物質的量的量度。那麼粒子的質量指的是什麼呢?光子如果存在質量又會對現代物理體系產生什麼影響呢?而玻色子中的光子和膠子就屬於沒有被賦予質量的。儘管光子的靜質量為0,但是它是有能量的。因為光子是擁有質量和電荷這些標籤(屬性)的,只是這些屬性的數量值為零。目前主流物理主張,慣性質量的來源是希格斯粒子。希格斯粒子與基本粒子相互作用產生了質量,這個質量也就是我們所討論的慣性質量。
  • 如果光子有質量,那麼整個現代物理學體系將會怎麼樣?
    光子如果存在質量又會對現代物理體系產生什麼影響呢?粒子模型與希格斯機制50年代,楊振寧從弱相互作用和電磁力入手,他們把電磁作用是由定域規範不變性所決定的觀念,推廣到不可對易的定域對稱群。揭示出規範不變性可能是電磁作用和其他作用的共同本質,從而開闢了用規範原理來統一各種相互作用的新途徑。
  • 網友問:如何理解「光子靜止質量為零」這一現象?
    光子沒有靜止質量,只有動質量,而且還擁有能量和動量。剛接觸「光子沒有靜止質量」這個概念時,大部人都難以理解,因為這和我們常識違背,實在想不出沒有質量的模型,最後我們還是得接受這個奇怪的觀點。「沒有靜止質量」不難理解,主要是我們得改變自己的認知,量子力學描述:光子沒有靜止質量,但是擁有能量和動量,並遵循質能守恆和動量守恆,還參與電磁相互作用和萬有引力作用。
  • 光子具有靜止質量嗎
    19世紀最偉大的物理學成就之一就是麥克斯韋方程組的建立。
  • 光子怎樣達到光速
    因為光子沒有靜止質量,也就是其靜止質量必須嚴格為零。現代很多最重要的物理理論都是建立在這樣一個假設上的,比如庫倫定律的平方反比定律、麥克斯韋方程組和電磁場的拉格朗日量等,如果光子靜止質量不為零,這些理論都將被推倒,而以這些理論為基礎的幾乎所有現代物理學和量子力學理論就要重建。
  • 任何物體如達到光速,質量會變得無窮大,光子質量為什麼不是呢?
    一,首先因為絕大部分物體的靜質量不為0根據狹義相對論的質量效應公式:質量效應公式(其中m0為靜質量,Ⅴ為物體運動速度,C為光速)當V達到光速C時,m就會無窮大。而光子的靜質量為0,這樣質量公式就變成了0/0型,它的極限值就是所謂光子的動質量,數值非常小,但不是無窮小。其大小可以由mC=hν,即m=hν/C得出。其中h為普朗克常數,ν為光波的頻率,C為光速。由此可見只有靜質量為0的物質,達到光速時質量才有可能不變為無窮大。
  • 什麼是光子的質量?
    什麼是光子的質量?這個問題分為兩個部分:光子有質量嗎?畢竟它有能量,能量是相當於質量的。光子在傳統上被認為無質量。這是一種物理學家的比喻說法,為了用狹義相對論描述光子的粒子性質。這個邏輯能用很多方式構造,下面就是一個例子。用一個孤立系統(稱為一個「粒子」),使它加快一些速度v(一個矢量)。牛頓定義了這個粒子(也是一個矢量)的動量p。如此這般,當這個粒子加速時或者碰撞時,p就會以一種簡單的方式運動。
  • 光子的靜止質量為零,為什麼還能被黑洞吸引?
    首先是牛頓經典力學中的萬有引力定律學過中學物理的都知道它表達的是:任意兩個質點之間都存在相互吸引的力。大小和質量之積成正比,和距離成反比。萬有引力定律作為經典力學的代表,對於很多現象都能完美的解釋,也可以和其他的理論所相融。並且在宏觀,低速領域,它確實是最好用的理論。
  • 如果光子有質量,整個物理學將徹底亂套!
    但幾乎沒有人去關心光子有沒有質量,這似乎只是物理學家們操心的事。問題的引出物理的關鍵理論建立在一個假說之上,這個假說就是「光子的靜止質量為0」。高中物理教材會告訴孩子們光子是無質量的粒子,事實上在物理學中對光子質量的定義是「光子在靜止狀態下質量為0」。因為光子始終在運動,它的運動速度在真空狀態下為299792458 m/s,也就是約30萬公裡每秒。
  • 如果光子具有靜止質量,那麼這個世界會有何不同?
    這個經典的電磁場理論又促進了20世紀物理學的偉大發展,即相對論和量子力學的建立,這兩大理論是現代物理學所依賴的支柱。無論是在麥克斯韋電磁理論還是在愛因斯坦狹義相對論中,恆定光速的假設意味著光子的靜止質量必須為零。1905年,愛因斯坦為了解釋光電效應提出了光子的假設,並於同年提出了著名的狹義相對論。
  • 無悖論新概念物理挑戰現代物理學
    2、光物理 現代物理學沒有認識到光物理無悖論的粒子性和波動性,只有光源電子能夠在光傳輸電磁場中,得到電磁場光子的磁場-電場交替電磁力線的不變光速動能能量元,才能夠以不變光速運動,並在電磁場波陣面構成一波波不連續電磁橫波,光源電子射線狀擴散運動必然形成電磁橫波波長隨距離線性增長的電磁橫波波譜;可見光只是很窄的頻譜,可見光空間域是非常有限的範圍;使恆星只能一個個小亮點點綴著宇宙廣袤而黑暗的宇空
  • 光子可能有質量
    物理學告訴我們,光子是沒有靜止質量(下面簡稱質量)的,可有許多研究者經過分析,宣布:光子很可能有質量!光子質量是否為零,決定了我們所掌握的很多物理定律是否正確,因此這可不是科學家隨便尋開心,假設了一些東西來玩。既然說光子質量可能不為零,那就得拿出證據來,比如的確測量到了光子的質量。
  • 光子是粒子還是能量?它有質量嗎?
    1926年,化學家劉易斯最先提出了「光子」這個概念。光子與普通物質的差異在近代物理學理論中,光子通常被看作是無質量的粒子。無質量與有質量之間有本質性的區別,所以光子的行為與有質量粒子有根本性的不同,可以說,光子與普通物質之間的鴻溝是不可逾越的。
  • 萬物質量的起源是什麼?現代物理學的解釋很簡單!
    有網友發私信詢問,質量的來源是什麼?這篇文章打算從現代物理學中「場」的概念出發,做一個框架上的回答。「場」的概念是現代物理學中最重要的一個理論框架。例如電磁場就是自然界中大家最熟悉的一種場,無線電、電視信號、手機通訊、太陽光組成的電磁場的海浪,是我們所有人每時每刻都沉浸其中的天然浴場。
  • 非定域實在的普遍存在性是暗物質及光子速度恆為常量現象的根源
    3.量子糾纏支撐下的二維量子閉環質量發生機制基於上述對稱統一法則可以推論,量子場論所描述的構成萬物的量子將可以形成表現靜質量的二維閉環和無靜質量的二維近似開環,而三維為麻花閉環的光子。在此前有必要先對滿足對稱統一法則的量子形態進行構建。
  • 能量的本質探秘
    正負電子對湮沒成光子,就是電子的靜能轉換成光子的能量。其主要度量單位是:焦。4、熱能物質內部原子分子熱運動的動能,溫度愈高的物質所包含的熱能愈大。熱機是膨脹的水蒸氣把它的熱能變成了熱機的動能。其主要度量單位是:卡。
  • 為什麼光子不會發生碰撞構成光子的粒子也一直沒被捕獲過?
    這個問題問的非常好,正如我們沒辦法抓住或觀測到構成光子及物質的最小單元一樣,我們的確抓不到光子。因為,一旦光子被捕獲,它就會坍縮,整個光波的能量就會坍縮到一點並被賦予捕獲實施主體。然而,這裡涉及到一個根本性問題,光子不是有粒子性的嗎?它由什麼樣的粒子構成,又為何這種粒子始終對我們遁形呢?根據分析,我認為構成光子的粒子可以認為是具有對稱性形態的量子。