光速的色散效应与光子质量问题的研究

摘要

麦克斯韦的经典电磁场理论和爱因斯坦的狭义相对论都认为光在真空中以恒定的速度传播，这要求光子的静止质量必须等于零。然而，从理论上，人们既不能肯定也不能否定光子具有非零的静止质量，因此只有通过大量的实验去检验光子的静止质量到底是否为零。 在人们检验光子静止质量上限的实验中，与光子静止质量有关的色散效应具有几种不同的形式，例如真空中光速的色散、等离子体的色散和磁流体力学波的色散等。本文从Proca方程组出发，推导出光在各种不同的介质（真空中、绝缘介质中以及等离子体）中的一般的色散关系式，还分析了等离子体中磁流体力学波的效应。然后根据近年来有关γ暴和脉冲星的观测结果，给出光子静止质量上限，最低的上限为 g，比Schaefer利用相同的方法给出的光子静止质量上限改进了50倍。 我们还介绍了检验狭义相对论运动学效应的理论和主要的实验类型。假设光子具有非零的静止质量，并加以适当的理论分析，将近年来检验光速不变原理的实验结果考虑为非零光子静止质量的效应，从而提出一种新的检验光子静止质量上限的方法，这种方法给出最低的光子静止质量上限是 g。