Question

电磁波是否具有质量？

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Answer 1

不具有质量。只具有等效质量。根据质能公式换算出来的质量，不是真正的质量，只是一个等效质量。只是一个等效数值， 但不具有真正的质量属性。真正的物理学意义上的质量，是静止质量。静止质量和等效质量，完全不同。静止质量是相对论性不变量，在任何3维参考系中数值都不变。但能量等效出来的这个等效质量（有的又叫动质量）不是相对论性不变量。 可见这个两个质量，其实区别很大，物理意义完全不同。叫等效质量，概念更准确，只是等效出来的一个数值，不具有实质物理意义。叫动质量，概念很容易混淆，这个名称不是一个好的物理学名称。电磁波具有能量和动量，这两个才是真正的物理属性，不是等效出来的属性。现代物理学，到处都是等效，但其实只是数值等效，物理内涵完全不同。如果把等效真的看成是相同，那你根本无法搞懂现代物理学。无法区分等效的真正物理意义，无法搞懂现代物理学。对于电磁波来说，动量和能量才是有意义的，尽管我们可以定义其“质量”。这里我解释一下，希望有助于题主理解。由于我本身也是外行，如有错误，希望指正。由于光的波粒二象性，光(电磁波)具有能量和动量。其动量可表示为p=h/λ，其中λ表示电磁波的波长，h为普朗克常数。在x线散射中，有波长改变的现象，可以认为是碰撞过程中的动量改变，这就是康普顿效应。知道了电磁波的动量，我们很自然的可以得到其质量m=h/λc。但是，由于c是一个常数，电磁波动量的改变可以视为“质量”的改变，与波长有关。所以，从某种意义上说，这种“质量”并不能认为是经典意义上的质量。对于场和电磁波来说，动量和能量才具有实际的意义，尽管我们大可以定义其质量，不过似乎并没有什么用。

Answer 2

电磁波是物质。所以可以被我们通过probe探测的物理实体都应该是物质。但是物质不一定有质量，质量是否为零跟物质没有必然联系。能量需要物质为载体，所以我觉得问题的问法有些问题。自由电磁场的光子质量为零，拉氏量里面加入质量项会破坏方程的规范不变性。但是有时候方程规范不变性这个条件太强，只需要最后的物理结果是规范不变就行了，这样可以在某些情况下加上physical mass，并保证结果正确。但是即使自由spin=1的电磁场方程解出来的能量可以不为零。对于E=mc^2，也必须是正确的。

Answer 3

比如人家当初算黑洞，向Schwarzschild 黑洞中加电荷，结果黑洞外有电磁场，此电磁场有非零的 Energy-momentum tensor 的T_0^0分量，根据爱因斯坦方程，Schwarzschild 黑洞外的度量改变了，成了 Reissner–Nordström 黑洞。电磁场的能量密度改变了度量，按“物质告诉时空如何弯曲”，称T_0^0为电磁场的质量密度也未尝不可。至于光子质量为什么是0，那就是场论的背景场方法啊。时空中已经有了一个经典的电磁场，加上一个量子化的电磁场，一展开，量子化的电磁场还是没有质量项，这个场就是光子。背景场的能量期望值为正和光子质量为0，一点也不矛盾。