無質量粒子極限

我們習慣以為，凡有能量之物必有分量。光打破了這個直覺。一束光攜帶能量，甚至會推動它所撞到的東西，可光的粒子——光子——卻根本沒有質量。無質量粒子極限，就是相對論方程對這類對象的論斷，而它美妙地簡單：任何靜止質量為零的東西，必定恰好以光速運動，不快也不慢，在任何參考系中皆然。

從完整的能量-動量關係 E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2 出發，令質量 m 為零。靜止能量項消失，剩下 E = pc：無質量粒子的能量就是它的動量乘以 c。它沒有可供靜坐的靜止系——光子從不靜止——而它的能量可以從微小（無線電波）到巨大（伽馬射線），僅取決於它的動量。這類粒子的勞侖茲因子在形式上是無窮大，這正是它永久棲居於速度上限的數學標誌。

無質量粒子並不稀奇；它們才是主角。電磁力的載體光子是無質量的，捆綁夸克的膠子也是。微中子是否帶有微小質量，曾是數十年的懸案——後來微中子振盪表明它確實有，只是質量小到常被當作近乎無質量處理。一種常見的混淆是以為攜帶動量需要質量；相對論說不然。動量與能量正是無質量粒子大量擁有的；質量恰恰是它所欠缺的那樣東西。