库仑定律与光子静止质量

库仑定律与光子静止质量浙江师范大学数理信息学院童国平基本内容库仑定律光子静止质量的计算重电磁场理论(Proca 方程组)光子静止质量最新实验检验结束语库仑定律实验者 Date Cavendish 1773 Maxwell 1873 Plinpton and Lawton 1936 Bartlett,Goldhagen and Phillips 1970 Williams,Faller and Hill 1971 Table1 Tests of Coulombs Law光子相对静止质量的计算光子相对静止质量的计算 按照爱因斯坦的狭义相对论，光子的相对静止质量等于零。否则，爱因斯坦的质能关系式将会导出光子具有无穷大的相对静止能量的理论结果。不仅如此，而且现有的物理实验也确实没有发现光子具有任何相对静止的质量。所以，光子没有静止质量的结论似乎已经成为公认的事实。但是，从哲学观念上来说，既然光子也是物质，它就应当具有物质的共性(普遍性)。既然在物质的共性之中包括着静止质量和能量两个部分，那末光子也就没有任何理由是一个例外。关于这一观点，在广义时空相对论中，我们得到了有力地证明。由广义时空相对论的质能关系式可以看到，当绝对速度=c时，则有：根据光子能量的公式 我们可以得到光子“相对静止质量”的表达式为：就是光子的圆频率，其单位是赫兹（1/s）。可见光的频率范围 Hz“相对静止质量”大约在：g左右黄光光子的相对静止质量约电子的静止质量约 由此得出，光子的静止质量大约为电子质量的“三百万分之一”左右。检验光子静止质量公式的实验证明光子静止质量公式的实验证明 关于“光子具有不等于零的相对静止质量”这一理论结果的核算步骤是这样的：用广义时空相对论先求出它的“理论值”，然后代入有关的公式，通过计算光线在太阳附近的“偏转角度”来验证。设一牛顿粒子，其质量为m，处在极坐标r，平面上低速运动。根据牛顿力学，其能量的积分为：是牛顿粒子的角速度，M为导致牛顿粒子偏转的星体（即太阳）的质量，E是牛顿粒子的能量，m是牛顿粒子的静止质量，G是引力常数。根据“开普勒定律”（Kepler），其角动量A的积分是：正如所知，随着牛顿粒子运动速度的提高，它的相对静止质量将逐渐减小。根据广义时空相对论所提出的“光子相对静止质量计算公式”，如果粒子的速度等于光速（c），它的“相对静止质量”变成：而这时的角动量：在近日点处应有 ，所以，光子在该点的角动量 。为满足上式，应有AcA（即“角动量守恒定律”），故有：上式中的R是从太阳质心到近日点的距离。利用下式可以消去以上各式的时间导数据此，可以把(5)式改写成：引入u=1/r，代入上式，可以得出：对上式进行微分，并移项得：参照上述的广义相对论导论的有关计算步骤 由此得出偏转角：这一结果与爱因斯坦广义相对论所得出的计算结果完全相等。也与1952年实际的天文观测结果相当地吻合。从而证明，光子的确具有不等于零的相对静止质量（m0）。重电磁场理论(Proca 方程组)其中1.真空中光速的色散效应 自由电磁波的相速和群速不相等.通过测量不同频率的光信号速度差,或者测量不同频率的光传播相同的距离所用的时间差可以检验光速的色散效应,从而确定光子的静止质量.2.静态电磁场中Yukawa势的出现原点:静止单位点电荷的势 检验库仑平方反比定律又提供了确定光子静止质量上限的又一方法.3.纵电磁波的出现 Maxwell电磁波为横波,它的两个极化方向互相垂直.光子非零静止质量使得重电磁波出现第三个极化方向,沿着光的传播方向极化,纵光子.光子静止质量最新实验检验作者时间/年实验方法光子静质量上限/gDe Broglie1940检验星光色散效应Bass et al1955分析地球磁场中的外来场Florman1955检验无线电波色散效应Feinberg1969分析脉冲星NP0532色散效应Williams et al1971检验库仑定律Bay et al1972脉冲星辐射色散效应Hollweg1974星际等离子体介质中的色散Davis et al1975分析木星磁场中的外来场Ryan et al1985低温检验库仑定律Chernikov et al1992检验安培定律Fischbach et al1994分析地球磁场中的外来场Ryutov1997分析太阳风磁场Lakes1998静态扭秤实验Schaefer1999分析伽马射线暴色散效应Luo et al2003动态扭秤调制实验Accioly et al2004分析电磁辐射的引力偏转效应Fullekrg2004地球对流层放电观察Tu et al2006改进的动态扭秤调制实验结束语 采用薛定谔外来场方法确定光子静止质量的上限,最有可能取得突破性的进展的仍是观察木星的磁场.4倍木星半径提高到100倍,光子静止质量可提高2-4个数量级.如何获得光子静止质量?也许下一个实验给出是光子的静止质量,而不是上限.