光子靜質量不為零，將會怎樣？

11-20

據說是今天學堂班面試題，順便還問了光子和電子的不同，要求答深刻一點。

這個問題用兩個詞回答: Meissner effect.

在超導體中我們確實可以讓光子產生質量. 在 BCS 超導體中, Cooper pair 的凝聚體波函數和電磁場發生耦合, 使電磁場產生了質量.

這個現象和前段時間炒得火熱的"上帝粒子" Higgs boson 有緊密聯繫. 在高能物理中, W±/Z gauge boson 因為與 Higgs field 發生耦合而擁有質量, 這個機制稱作 Higgs mechanism. 而所謂上帝粒子就是 Higgs field 的激發. Higgs boson 的發現是 Higgs field 存在的有力證據, 因此我們說上帝粒子的存在解釋了質量的起源. 對應在 BCS 超導體中, 粗略地說, 所謂 Higgs field 就是 Cooper pair 的凝聚體波函數, W±/Z gauge boson 就是光子.

在超導體中, 光子有質量帶來的後果不僅僅是其達不到光速, 而是其根本就無法在超導體中傳播. 這就是所謂的 Meissner effect: 超導體具有完美抗磁性. 電磁場無法在超導體內傳播, 而是在超導體內指數衰減. 而這個指數衰減的長度 $lambda_L$ 就是電磁場質量的倒數 $m_A^{-1}$ (自然單位制).

上面說的是現實世界中有質量的光子. 我們當然也可以腦洞大開, 暢想一下所有的光子都有質量會帶來什麼樣的結果.

相對論還是會保證一個特別的速度, 但不再是光速. (狹義相對論設定的速度上限嚴格說不應該是"光速", 而是無質量粒子的速度. 參考: Special Relativity Without Light的思路是怎樣的?)
由於光子是電磁相互作用的媒介, 整個 QED 包括電磁學都會被改寫. 和 Meissner effect 類似, 電磁相互作用的特徵長度與光子質量成反比. 因此與距離成反比的 Coulomb 勢也不再成立. 此時支配電磁相互作用的應該是 Yukawa 勢 $V(r)= -g^2frac{e^{-kmr}}{r}$ . 除此之外, 光在真空中也會色散: $v_g=frac{dw}{dk}=frac{ck}{sqrt{k^2+m_A^2}}$ .
與光子有關的熱學性質也會受到影響. 光子現在變成了自旋1的粒子, 與無質量時的情形相比, 多了一個"極化"自由度. 光子氣的熱容與黑體輻射定律也要改寫.

事實上, 將上面的思路反過來, 我們就可以用各種方式來探測光子是否有質量, 或者更嚴格地說, 光子質量的上限. 參考這篇綜述: Rev. Mod. Phys. 43, 277 (1971)

根據近代量子場論，嚴格的平方反比律與光子靜質量嚴格為0是聯繫在一起的。如果光子靜質量不為零，光在真空中傳播時也會有色散。
光子電子不同？！有相同的地方嗎？比如：自旋不一樣，光子1屬於波色子。，電子1/2屬於費米子。
你也可以高冷回答：根據M理論，對應弦在卡拉比-丘流形中振動的一維複流形方式不同。

將不會有你我在這裡對這個問題進行問答，畢竟這種自然基礎改變了，那就變化大大滴……
（其實是因為我太水不知道怎麼舉例子只好抖機靈了
（你們的面試題目怎麼都那麼厲害的

溫暖的陽光照在我身上，把我壓死了。

光子質量不為零會導致很多理論被推翻，首先庫倫定律的平方反比率就不再成立，麥克斯韋方程組也需要修正，所以電磁力的基礎就被推翻了，so......生命也不可能存在，因為原子的形態也會發生變化，別說其他的理論了，宇宙就不會是今天的形態了

違反物理定律的假設只要有一條，根據n多正確的推導過程你會得到所有與正確命題相反的結論！

愛因斯坦棺材板會動

不存在所謂的靜質量。
因為不存在絕對的靜物。
所以題目本身的提法就是不合適的。