无质量粒子极限

我们习惯以为，凡有能量之物必有分量。光打破了这个直觉。一束光携带能量，甚至会推动它所撞到的东西，可光的粒子——光子——却根本没有质量。无质量粒子极限，就是相对论方程对这类对象的论断，而它美妙地简单：任何静止质量为零的东西，必定恰好以光速运动，不快也不慢，在任何参考系中皆然。

从完整的能量-动量关系 E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2 出发，令质量 m 为零。静止能量项消失，剩下 E = pc：无质量粒子的能量就是它的动量乘以 c。它没有可供静坐的静止系——光子从不静止——而它的能量可以从微小（无线电波）到巨大（伽马射线），仅取决于它的动量。这类粒子的洛伦兹因子在形式上是无穷大，这正是它永久栖居于速度上限的数学标志。

无质量粒子并不稀奇；它们才是主角。电磁力的载体光子是无质量的，捆绑夸克的胶子也是。中微子是否带有微小质量，曾是数十年的悬案——后来中微子振荡表明它确实有，只是质量小到常被当作近乎无质量处理。一种常见的混淆是以为携带动量需要质量；相对论说不然。动量与能量正是无质量粒子大量拥有的；质量恰恰是它所欠缺的那样东西。