這個問題吸引了各種各樣的答案！但我已經(jīng)被要求來回答這個問題了，所以我將增加不和諧的聲音。

問題是你的直覺出錯了。當(dāng)你認(rèn)為由某物組成就一定有質(zhì)量時，你基本上是在做一個錯誤的假設(shè)。你有這樣的想法是因為你周圍的物體都是有質(zhì)量的。但這并不能推廣到所有物質(zhì)。

問題是，任何沒有質(zhì)量的物質(zhì)只能以光速單向運(yùn)動。所以許多物質(zhì)都不是你所以為的那樣，因為在你注意到它們之前它們就已經(jīng)消失了，或者，在你意識到它們存在的那一刻它們就被摧毀了（就像你正看著的屏幕上到達(dá)你眼睛的光）。所以你對無質(zhì)量物質(zhì)并沒有太多的實踐經(jīng)驗，然后你得出這樣的結(jié)論：根本不存在無質(zhì)量物質(zhì)。

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圖片介紹：光線。

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現(xiàn)在，“質(zhì)量”這個詞已經(jīng)被賦予了不同的含義。在某種意義上，它是能量的另一個代名詞，當(dāng)然，光也是具有能量的。由此你可以推斷出光的“質(zhì)量”。但這不是一個很有用的值，例如，你并不能像計算物體質(zhì)量那樣使用它。它不會影響光移動或加速的難度，也不會直接告訴你光是如何影響重力的，等等。因此，我們不得不把質(zhì)量的定義看作是一個糟糕的定義。

質(zhì)量的另一個定義是所謂的“靜止質(zhì)量”或“固有質(zhì)量”。這是粒子物理學(xué)家使用這個術(shù)語的方式，因為這個概念對于他們來說是有用且有趣的。從能量角度上來看，這是產(chǎn)生一個粒子所需的最小能量的度量。在日常生活中，這種質(zhì)量就是你所說的由物質(zhì)組成的物體的質(zhì)量。

光沒有最小能量，也沒有靜止質(zhì)量。因此，它只能以無質(zhì)量物體所能達(dá)到的速度——光速單向運(yùn)動。它有一些和“物體”相關(guān)聯(lián)的性質(zhì)，例如速度（雖然它只能有一個可能的速度）和位置（有一定的模糊性）。除此之外它再也沒有其他性質(zhì)和“物體”相關(guān)，比如說，加速度或者“占據(jù)空間”(在它取代其他物體的意義上)。

光不是像石頭或臺球那樣的東西，甚至也不是像電子一樣的物質(zhì)，盡管電子也與臺球千差萬別。光就是光，你從類似石頭和臺球這樣的直觀事物所得到的經(jīng)驗并不能幫助你去了解它。

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圖片介紹：相關(guān)粒子。

首先，光沒有靜止質(zhì)量。也就是說，你不能讓光子停下來，然后測量它的質(zhì)量。它不存在，就像光子靜止不動（在真空中）不存在一樣。

但一個實際的光子有質(zhì)能。如果你制作一個盒子，它的里面全是理想化的鏡子，讓一束光線進(jìn)入盒子，并在盒子內(nèi)來回反射，原則上，你可以測量到盒子的重量有小幅增加。（雖然這樣的“盒子”可能無法實現(xiàn)，但類似的東西確實存在，特別是超巨星，它們質(zhì)量的很大一部分是以捕獲輻射的形式存在的，即“光子氣體”。）

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圖片介紹：目前觀測到典型超巨星。

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“物質(zhì)”并不是“質(zhì)量”的同義詞。光子還有其他性質(zhì)，比如角動量。當(dāng)涉及重力時，所有這些屬性決定了一個物體如何產(chǎn)生引力場，或者對引力場作出反應(yīng)。靜止質(zhì)量僅僅只是其中的一個參數(shù)，但在低速、弱磁場中，它是最重要的一個參數(shù)，就像我們?nèi)粘Ｓ^察到的那樣。

最后，關(guān)于光子為什么是這樣的：他們通常不會在本科課程中教授這些知識，但麥克斯韋方程是數(shù)學(xué)恒等式。要了解它們，唯一要知道的就是電荷的（數(shù)學(xué)）定義。可以用不同的方式來定義電荷，最后得到一組修正方程，即所謂的普羅卡方程。這個方程描述了一種電磁學(xué)假設(shè)，即光子的靜止質(zhì)量非零。為什么大自然選擇的是麥克斯韋而不是普羅卡…這不是物理學(xué)家們能夠解答的問題。盡管我注意到，大自然兩個都選擇了：在弱相互作用中的Z玻色子就像一個非常重的、質(zhì)量很大的光子。

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圖片介紹：麥克斯韋方程組。

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超短版本：我們并不知道為什么。

短版本。在物理學(xué)中，我們通過方程式和實驗來描述和解釋理論，并在實驗中檢驗我們所建立的方程式是否能夠很好地描述這個世界。事實證明，如果將光子的質(zhì)量設(shè)為零，我們會發(fā)現(xiàn)這中設(shè)置恰到好處。這是主要原因。

更長的版本?，F(xiàn)代理論物理學(xué)的美妙之處就在于，許多事物都是一些基本原理和對稱性的數(shù)學(xué)結(jié)果。我們用一些基本的原理和方程，找到適合于這些方程的數(shù)學(xué)對象，然后突然間，這些數(shù)學(xué)對象的一些純數(shù)學(xué)性質(zhì)，就變成了我們在實驗中得到的許多事情。所謂對稱性就是當(dāng)我們改變方程中的某些參數(shù)時，系統(tǒng)行為沒有發(fā)生改變，這通常意味著守恒量的存在。我們從空間平移的對稱性中得出動量守恒，從時間平移的對稱性中得到能量守恒，從旋轉(zhuǎn)對稱性中得到角動量守恒。還有一些不太明顯的對稱性。在量子力學(xué)中，我們用復(fù)數(shù)來處理波函數(shù)及其值，這些值就像二維矢量，它們有振幅（長度）和相位（角度）。 ? ? ? ? ? ? ?

圖片介紹：電磁波圖像。

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長度給出我們某些特定結(jié)果的預(yù)測概率，但是我們通常不觀察角度，所以這里潛藏著某些對稱性。再加一個基本原則：所有的相互作用都是局部的。就好比我在這里所做的事情并不會影響火星上發(fā)生的事情，所有改變都是從點傳播到其相鄰點的。任何改變的傳播都需要時間，在一個給定點上發(fā)生的變化取決于當(dāng)時這個點上有什么以及它的近鄰。這就是所謂的局部性，當(dāng)它與未觀測相位的對稱性相結(jié)合時，將得出規(guī)范不變性的概念：系統(tǒng)的行為不應(yīng)取決于我們?nèi)绾味x復(fù)數(shù)在每一點上的“角度”。從規(guī)范不變性原理中我們得到一個直接的數(shù)學(xué)結(jié)果：它引入了額外的場與原始場相互作用，這樣我們得到規(guī)范玻色子，例如光子，W以及Z玻色子和膠子。正如動量來自坐標(biāo)位移的對稱性，光子從復(fù)數(shù)和局部性的對稱性中得出。但當(dāng)我們用實驗來檢驗這個理論時，我們遇到了問題：引入規(guī)范性玻色子的機(jī)制使得它的沒有質(zhì)量，但從實驗數(shù)據(jù)中我們得出玻色子（比如W和Z玻色子）的質(zhì)量很大。所以物理學(xué)家不得不引入另一個場——希格斯場，通過與這個場的相互作用得到了粒子質(zhì)量。因此我們得到了一堆的場，并且它們還會發(fā)生相互作用：一個場在給定點的值不僅取決于它當(dāng)前的形式，而且還取決于其他場的值，有一些耦合常數(shù)顯示了兩個場的相互依賴程度。一些場依賴與希格斯場，因此它們的漣漪，也就是所謂的粒子，具有質(zhì)量。其他場不依賴于希格斯場，因此它們的粒子沒有質(zhì)量。這些均由耦合常數(shù)所定義，但通常我們并不知道這些常數(shù)有特定值，這一部分我們僅在實驗中測量。所以，據(jù)我所知，最終我們無法解釋為什么有的玻色子質(zhì)量很大而有的玻色子又沒有質(zhì)量，盡管它們都完美的符合方程式以及對稱性和局部性的基本原理。

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圖片介紹：引力場想象圖。

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作者: quora

FY: 李迢

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