Как изменилась бы физика если бы фотон имел массу?

Такой вопрос прислал нам один из наших подписчиков. Надо сказать, что технически мы не может исключить вероятность того, что какая-то крайне малая масса у фотонов таки есть.

Верхний предел возможной массы фотона установлен на основании различных экспериментов и астрономических наблюдений. Например если бы фотон имел отличную от нуля массу, мы бы должны были видеть небольшое различие в скорости распространения в зависимости от энергии фотона.

В астрономических масштабах это бы означало, что например, что если в результате какого-то астрономического события были испущены гамма-лучи, свет в видимом диапазоне и радиоволны, то до нас первыми должны были бы дойти гамма-лучи, потом видимый свет и только потом — радиоволны.

Однако наблюдения показывают, что даже для различных астрономических событий, таких как взрывы сверхновых и т.п. даже отдалённых от нас на миллиарды световых лет наблюдаемая разница в поступлении фотонов с различной энергией пренебрежительно мала и объясняется физикой процесса в источнике излучения и погрешностью измерительных приборов.

На основании подобных наблюдений учёные пришли к выводу, что если у фотона и есть масса, то она должна быть в триллионы раз меньше массы самых лёгких известных науке частиц.

Если все же окажется, что у фотона есть небольшая масса, то это мало повлияет на многие области физики. К примеру с точки зрения классической теории электромагнетизма ничего не изменится. Массивный фотон легко вписывается в уравнения Максвелла с помощью теории предложенной румынским физиком Александру Прока еще в 40-х годах прошлого века.

С точки зрения теории относительности также изменений не будет. У нас всё равно останется инвариантная скорость являющаяся пределом скорости для любых массивных тел. Разве что придётся придумать ей другое название, но сама теория не изменится.

Вероятно наибольшие проблемы массивный фотон создал бы для стандартной модели физики элементарных частиц. Так масса у фотона нарушила бы симметрию электрослабого сектора стандартной модели. Не вдаваясь в детали можно сказать, что стандартной модели потребовался бы капитальный ремонт. Это, в целом, не плохо, на необходимость доработки уже указывают массивные нейтрино и, конечно, то, что гравитация плохо стыкуется с квантовой физикой. Т.е. физика, безусловно, выиграла бы от такого жирный намёка со стороны природы, если бы у фотона была обнаружена масса.

Однако по состоянию на текущий момент любые сколько-нибудь достоверные наблюдения и эксперименты согласуются с нашими представлениями о том, что фотон все-таки безмассовый.