光子能組成物質麼？光子的速度怎麼來的？
目前理解的光子就是真空中速度為光速的無質量粒子。
【補充】沒有系統學過相關內容，只是看了些科普視頻和資料產生的疑問。這裡我對光子的理解就是：①光子是光的基本單位，②光是由光子組成的。我不知道①和②的理解是否有誤，這兩個稱呼和剛才給的定義僅限定這個問題和問題描述。
光子是本身就存在的（從它出生時就是光子）；還是說原本是普通粒子，後來被某種加速後變成了光子？
光束是無數光子組成的麼？
A. 如果光子天生就是光速，那麼這個初始速度就是光速的光子是被誰創造的？如果它天生是光子，那它的速度會越來越慢，還是永遠都保持不變？
B. 如果光子是由普通粒子加速到30萬千米每秒後變成了所謂的光子，那把它加速到光速的能量源從哪來？
A 腦洞：所有的光子都是速度恆定且永遠不會改變，這樣的話每個光子與光子之間不就相對靜止了麼，既然光子和光子之間是靜止的，多個光子是不是能組成某種恆定不變的空間？如果是一種空間的話，那這個空間有沒有可能會誕生生物？
B 腦洞：普通粒子一旦加速到光速就會變成光子而且永遠無法退回為普通粒子，就像猿進化為人類，人類就（假定）不可能再退化為猿。
謝邀；
顯然可以；先來咬文嚼字一波。
在黑體輻射那一章，物理學家把黑體的內部描述成「photo gas 」也就是「光子氣體」；
在circuitQED/cavityQED中，光子也有所謂「量子相」和「量子相變」, 尤其是超導量子電路和微波光子的耦合，是目前量子信息處理最有可能實現的平臺，給人了無數的想像:
https://arxiv.org/abs/1707.02046
最後在各類玻色體系中引入的有效耦合，有效的規範場，有效的化學勢，整個光子體系甚至可以發生物質中的強關聯現象,產生所謂的"quantum fluids of light"，也就是光組成的量子液體。
如何簡要描述拓撲光子學？?www.zhihu.com
https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.85.299?journals.aps.org
由於光子和物質相互作用程度始終，很難「打破」物質，又有一定的耦合，可以形成相應的「dressed state」因此可以和實物粒子共同組成物質。例如光子可以和凝聚態的多種準粒子耦合：光和物質中的電子形成了Polariton，和中性激子形成的"Exciton-polariton"，和磁子耦合成為的"Magnon-polariton"，和等離子形成"Plasmon-polariton"等等，大大豐富了凝聚態物理中的物象。
全文移動至專欄，本處保留內容但是不再做更新，感興趣可以在專欄留言。
QED：腔QED中的光子量子模擬?zhuanlan.zhihu.com
要組成物質而不是互不相干的一堆光子必須要有相互作用。真空中的光子其實也是可以相互作用的但是太小了，這種意義下談組成物質意義不大。但是如果增加一些介質來產生有效的光子-光子相互作用，實際上是可以的。
首先，光子雖然沒有最低階的光子-光子散射，但是存在一個圈圖，物理意義大致對應於光子自發產生off-shell的電子-正電子對，然後兩個光子彼此產生兩對然後再彼此湮滅成兩個新的光子，從而effectively產生了光子-光子相互作用。
當然我們知道，如果讓這個過程比較顯著，換句話說不那麼off-shell，則需要光的頻率至少在電子-正電子對的靜能這個量級 ，換句話說，這肯定不可能是現實中光子-光子相互作用的來源。我們現實生活中有很多非線性晶體，通過它的光子會轉換頻率（能量）顯然也是一種光子-光子相互作用的表現，但是這些也發生在可見光波段(
)，遠小於上面的尺度。這是由於兩件事導致的：介質的存在來提供了新的相互作用渠道，而大量的光子也由於其波色統計來促成了這種相互作用的發生。
然而為了研究光組成的物質，光有這個粗淺的相互作用是不行的。我們首先需要的是量子層面的相互作用，也就是說單光子層面上的相互作用；此外要有光子的基本動力學，換句話說得有質量（當然沒有質量也不是不能構成物質，但是總會讓我們覺得怪怪的不是嘛），最後還得有辦法形成某種特殊的序（order）來形成比較靠譜的物質。接下來我先講簡單的動力學是怎麼來的，然後再回到相互作用上來，最後總結目前實驗室裏用光子組成特殊序的物質的最新進展。
1. 單光子的動力學
New J. Phys. 18, 035008 (2016) [1]
首先我們知道光子以光速運動，所以如果沒有什麼手段的話光子馬上就飛走了。為了將光子固定下來，我們通常會讓光子在一個軌道裡面做週期運動，常見手段是用鏡子形成一個腔，讓光在其本徵模式上，比如大家都學過的FP cavity。
這樣的話我們其實可以選取一個與光學模式主軸垂直的面來看光子每次經過這個面的時候的運動。這時候其實有幾個參數：光經過這個平面在這個平面上的二維坐標 和光傳播方向的斜率
，寫在一起，並考慮正則性，可以令
。這組矢量的運動變化都可以用矩陣描述，比如說對於自由傳播了
來說，
，而半徑為
的球面鏡會導致（注意這時候
軸發生了轉變，對應的
平面也會發生相應的變化，總結成矩陣的話就是
總之，當光子經歷了一個週期再回到這個平面（的同一 朝向，即FP腔中反射後經過這個平面但是傳播方向相反的話不算數）後，可以通過
來反推一個Floquet Hamiltonian來：即試圖讓
導出的動力學
可以產生出上面的演化。一個很直觀的寫法是讓
這樣一來， ，也就是說
。從而我們可以構造
第二項 ，在經典的哈密頓量裡面顯然為零，但是考慮量子性之後
，對應於我們這是一個Floquet Hamiltonian的Floquet能量。而第一項具體是什麼樣子我們可以看一個例子：假如系統是由兩個對稱的鏡子構成的FP腔，那在正中間的位置處的平面在一個週期後的傳播矩陣為（其中利用了代換
，且穩定條件要求
），
當然大家也可以用Mathematica驗證這個計算
對這個去取log的話得到
其中Mathematica給出，
也就是說
簡單化簡可以得到 ，並令
，從而
於是有
換句話說，
於是一個無相互作用的有質量的光子模型就出現啦。值得注意的是這裡面我們的x和y是毫無耦合的；引入幾何效應之後實際上可以讓x-y方向在一個週期後轉一定的角度從而形成耦合。具體怎麼實現的我們這裡不具體講太多了，舉一個最簡單的例子來康康這種轉動。這裡面其實主要就是到反射之後的x-y軸的定義。
考慮一個四鏡系統，鏡子坐標 ，幾何構圖如下
我強行規定x軸為：經過下一個鏡子反射之後方不變的軸。這很好理解：因為我只需要知道經過一個週期之後的矩陣，不在這個平面上的時候角度肯定是我怎麼方便怎麼來。而我這個規定有什麼好處呢？我把發生了反設之後的角度問題解釋得很清楚（當然一開始想肯定很暈），具體來說就是：
- Notations: 反射之前的
我叫他
，反射之後有兩套
，我管他們叫
- 關係是這樣的：
和
都是滿足我定義的坐標，而
不滿足。另一方面，
的
是相同的，我稱為
，而
的
軸為
。
- 而因為定義，很顯然
與
是一個軸，也就是說數值可以直接轉變過去；但是由於和
不一樣，所以新的軸要轉個角度。
下圖是最簡單的例子
那看回我們的四鏡系統，我們相當於是需要知道 的夾角。這其實很好辦：一方面它垂直於自己的傳播方向，另一方面要和下一個鏡子的法向垂直（也就是說在鏡子平面上，所以不改變方向）。比如說對
方向的來作為before，那麼
；而對於下一個方向，
作為new，得到的
，利用餘弦定理，這兩者夾角
滿足
也就是說 。在對稱的情況下，
總之呢，我們就是得到了這麼個轉動，其效果就是這次得到的 相比之前得到的週期矩陣之外多了個
。利用矩陣定理
，這相當於在Hamiltonian裡面添加額外的一項
從而可以視為一個有效的磁場影響下的正則動量與機械動量差值帶來的效應，自由帶電粒子在磁場裡面的能級自然就是Landau能級，相關的論述在各種霍爾效應的早期文獻裡面都有充分的描述[2]。
2. 光子-光子的強相互作用
Quantum Sci. Technol. 4, 014005 (2019)[3]
由於光子的基本單粒子Hamiltonian如上面所說可以寫成（這裡我們把磁場的效應總結為運動動量和正則動量存在差值 ，並添加人為的decay項
）
那麼如果考慮多光子相互作用系統的話，我們不妨寫成二次量子化的形式，
其中 就是我們的2D平面上的坐標。
現在就要考慮原子來作為媒介提供光子-光子相互作用了。說來也簡單——原子的效果就是：如果原子吸收了一個光子從 ，那麼它自然就不能再接收另一個光子了。當然由於原子的任何激發態都是有壽命的，而且原子吸收光子也有自己的規律在裡面，綜合來說（後面解釋各項含義）
首先這裡下標r代表Rydberg態（目的是為了相互作用夠強），第一項是打的光相對於Rydberg態的失諧和自發輻射；而Rydberg態一般能量過大，一個光子不夠，所以需要一個中間態做輔助，第二項是中間態的失諧和自發輻射，第三項是用一個經典的光將中間態和Rydberg態耦合，第四項是我們的光場提供了中間態和基態的耦合（ 是再當地，廣場和原子的耦合強度），每種耦合都有對應的Hermitian conjugate項。
原子這部分Hamiltonian也是二次型，激發只有光子激發、中間態激發和Rydberg態激發三種。定義 ，從而原子部分可以寫為
這種有三個0的3x3矩陣數值對角化大家小學就有在玩，當然更簡單的情況（Rydberg態沒有detuning和loss，中間態因為不怎麼會佔據所以也不管它的loss）下可以寫出比較簡明的模式，分別對應能量為0的dark態和兩個bright polariton態
各自的湮滅算符分別為
對於更general的情況， 不是Hermitian的，所以得到的對角化結果會比較奇怪：
，然而此時
，但仍滿足該有的正交性
。
注意這裡面都是數，還沒有涉及到算符。把算符搞進來，對應的polariton算符為
當這裡實際上不是 關係，我們只是簡寫成這樣。然而根據上面說的正交性，它們還是有該有的對易關係
。總之，這樣定義下來後，原子的Hamiltonian可以寫為
由於我們說到底還是關心這種原子對光子的影響，所幸的是我們也可以把光子算符用polariton算符表示： ，係數可以通過對矩陣
求逆得到。
而在三個polariton態中，我們實際上更關心的是這個dark polariton，一方面它的Rydberg成分更高，另一方面很容易集中激發它（而且它是dark的，壽命更長）。做到集中激發很簡單：和optical pumping一個道理，其它態的自發輻射很容易落到這個態，但是這個態不和中間態有糾葛所以不會自發輻射。另一方面，通過控制參數讓另兩個polariton的能量和dark差的很多，也可以避免意外hop過去。這樣一來，Hamiltonian就為
其中，在理想條件 時，
，
截止到目前為止，我們還活在開心的無相互作用原子與無相互作用光子的世界裡。接下來我們要考慮Rydberg原子之間的相互作用，
當然我們得把它變進上面的dark polariton表象裡面：
其中 是各個polariton裡面的Rydberg成分，和
同樣由對
取逆得到。理想情況
下，
。
我們接下來的討論基於兩個假設，一個是相互作用沒那麼大，另一個是基本上只有dark polariton激發。這樣一來，限制一下Hilbert space，有
其中 。這玩意兒的好處是通過調節
可以引入足夠強的相互作用。當然相互作用如果太強了的話就需要對整個理論進行重整化，不過這些都是細節再次按下不表，感興趣的話去看本節提到的文獻即可。
3. 光子組成的物質：Laughlin state
Nature 582, 41–45 (2020)[4]
先來介紹一下系統。在自由的系統中，我們可以通過設計 來得到不同的cavity frequency；那換句話說，自然也存在一些情況，不同的
的模式可以共振，換句話說，如果
，那麼
與
就是共振的。共振是一件很好的事：這樣的話即使我們的系統相互作用可能不夠大，但是因為共振，不需要很大的相互作用就可以看到比較明顯的耦合與關聯。
然後前面也說了，這是Rydberg原子，它的特點就是如果我有一個光子打進來被原子吸收了，那它會在原子系綜裡面以原子的反衝速度 「慢慢運動」；而此時再打過來的一個光子則會感受不到原子從而不會被吸收。當然，更具體地說的話，這個效應是由半徑的；換句話說離第一個被吸收的光子越遠，原子就越「存在」，就越像一個介質，折射率和真空的區別就越大——我們都學過變化的折射率對應的光的折射，在這裡就相當於第一個光子對第二個光子的散射。
現在考慮是cavity光子，光子佔據系統某個模式之後，下一個光子就進不來了，使得光子的行為很像電子等費米子，存在Pauli不相容。對於一般的自由費米子自然是這樣；然而對於相互作用的費米子，很可能打一個同樣模式的費米子，兩者相互作用，散射開來，變成兩個新的不同模式的粒子。
接下來要說的是：由於我們的系統的 平面旋轉對稱性，再加上磁場的效應導致
方向的自由度耦合了，最後得到的本徵態實際上是繞
的角動量本徵態
，在量子霍爾效應領域也被稱為Landau Levels。定義
，則Landau Levels的實空間波函數為
此外，再加上我們之前的共振argument，在打進來兩個同樣的態光子時可以發生如下同時滿足能量守恆和角動量守恆的過程：
從而克服了Rydberg blockade帶來的不相容。對於最簡單的Laughlin State定義為
它恰好對應於涉及到的這兩個雙粒子態。
而對於文章裡面的系統，由於一些原因，它們取 這種對稱性的時候比較容易將cavity模式調整好（這樣mirror imperfection可以避免[5]）。所以它們取的例子是入射
。為了防止無關緊要的態混進來，他們故意的讓這三個模式實際上不共振，
。然後把同樣的頻率去modulate在中間態與Rydberg耦合的光上，從而在各自的某個rotating frame裡面這些態effectively共振，其它態都不共振。最後它們觀察到系統的穩態為
。第一項是defect，第二項是想要的態，負號表示這確實是Laughlin state而不是anti-Laughlin state，因為這樣構造出來的雙光子態的實空間波函數為（用下標1，2來表示兩個光子）：
雖然兩項的係數與Laughlin state對不上，但是仍然是觀測到了Laughlin state的重要證據，是構造光-量子分數霍爾效應的重要一步。
4. 總結
光子一般來說不能組成物質，但是如果是一個被光學器件約束下的某個光學模式，多個這樣的光子彼此之間一方面可以有動力學，另一方面也可以在原子的輔助下有相互作用，那麼在特定的條件下就可以組成物質了。這方面的實驗已經開始了，雖然只是兩個光子，但是已經成功形成特定拓撲序，離真正的光子物質只差億步了。
參考
- ^Ariel Sommer and Jonathan Simon, New J. Phys. 18 035008 (2016) https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/18/3/035008
- ^M. O. Goerbig, Chapter from Les Houches Summer School, 2009 https://arxiv.org/abs/0909.1998
- ^Alexandros Georgakopoulos,, Ariel Sommer and Jonathan Simon, Quantum Sci. Technol. 4, 014005 (2019) https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2058-9565/aadf4d
- ^Logan W. Clark, Nathan Schine, Claire Baum, Ningyuan Jia and Jonathan Simon, Nature 582, 41-45 (2020) https://www.nature.com/articles/s41586-020-2318-5
- ^Nathan Schine, Albert Ryou, Andrey Gromov, Ariel Sommer and Jonathan Simon, Nature 534, 671–675(2016) https://www.nature.com/articles/nature17943
大家好像都是從QO或者凝聚態的方面回答的這個問題，我給大家來換個口味從基礎理論，粒子物理方面來回答一下
對於你的問題我覺得有給出你提問的條件。
如果你考慮的是U(1) PYM理論，並不能，因為光子之間沒有相互作用。如果你考慮的是QED，在極高的能量下光子和光子是有相互作用的只要不是奇數光子頂點，散射矩陣都不為零。如果你討論的是推廣的「光子」，也就是規範波色子，不管是W，Z波色子還是膠子都是可以的，因為非阿貝爾理論樹圖勢裡面就有相互作用項，最簡單的例子就是膠球，雖然暫時還是理論上的東西。
而且在說清楚一點，光子絕不只是真空中的速度為光速的無質量粒子！！！光子是嚴格和對稱性對應的規範波色子，它對應的對稱性是U(1)規範對稱性[當然從電弱的角度是SU(2)xU(1)對稱性的破缺後的goldstone]，這樣的理論具有一些很特別的性質…不管怎麼說，光子和真空中的無質量粒子差別很大，舉個例子，在我們發現中微子振蕩之前，中微子就被認為是無質量粒子，他的速度就是光速，但他不是光子，在電弱相變發生之前，所有的粒子都沒有質量[QCD過程發生在這之後]，全都是光速，但是隻有光子是光子
至於你的問題：
問：光子是本身就存在的（從它出生時就是光子）；還是說原本是普通粒子，後來被某種加速後變成了光子？
答：光子是規範玻色子，從出生開始他就沒有質量這是被對稱性約束出來的結果，你並不能加速光子，頂多通過一些相互作用讓一個光子變成一個能量更大的光子（比如逆康普頓散射）。
問：光束是無數光子組成的麼？
答：是的，從我們現在的認知來說，光束就是由光子組成
問：A. 如果光子天生就是光速，那麼這個初始速度就是光速的光子是被誰創造的？如果它天生是光子，那它的速度會越來越慢，還是永遠都保持不變？
答：這個問題問的很好，首先你要問為什麼是光速，光速由什麼決定，這實際上是由時空對稱性給出來的（當然Lorentz對稱性的前提就是光速不變，但如果假定有lorentz對稱性光速就是由對稱性給出來的）。意思是光速實際上是Lorentz對稱性裡面的一個常數，有這個對稱性就有光速。通俗易懂一點你可以理解為由於我們所在的時空具有一定的對稱性（Lorentz對稱性，更嚴謹一點Poincare對稱性），這個對稱性要求無質量粒子，其速度就是光速（這一方面的詳細內容可以看《The Quantum theory of the field. Vol 1》by Steven Weinberg），參考Weinberg的書，你會發現無質量粒子的「矢量」粒子在Lorentz對稱性下的變換為：
也就是說這個粒子已經不再是嚴格的「矢量」粒子， 是一個任意的函數，而真正的物理系統不應該具有這種任意性，所以我們構造的理論就必須要在這種任意變換下不變（規範對稱性），而這個對稱性就嚴格的禁止了質量/質量項的出現。這也就意味著光子是在真空背景下的無質量粒子，也就必然是光速粒子。他的速度永遠不會變慢，因為光速是Lorentz對稱性下的常數。光子只會能量降低（能量降低實際上也不是原來的哪一個光子了），速度永遠保持不變
問：B. 如果光子是由普通粒子加速到30萬千米每秒後變成了所謂的光子，那把它加速到光速的能量源從哪來？
答：之前實際上已經回答了這個問題，光子不是由普通粒子加速到30萬千米每秒後變成的。而且普通的massive particle是永遠無法加速到光速的（學一點相對論一下就能明白為什麼）。
A 腦洞：所有的光子都是速度恆定且永遠不會改變，這樣的話每個光子與光子之間不就相對靜止了麼，既然光子和光子之間是靜止的，多個光子是不是能組成某種恆定不變的空間？如果是一種空間的話，那這個空間有沒有可能會誕生生物？
A 填洞：首先光子的速度對然都是光速，但是絕不是相對靜止的。你可能吧速度和速率弄混了，最簡單的比方，我的速率是1m/s，你的速率也是1m/s，我們都從武漢出發，你去上海，我去北京，我們相對靜止嗎？再其次我完全沒看懂你光子組成空間的講法，沒搞懂是什麼意思...誕生生物就更為"奇幻了"
B 腦洞：普通粒子一旦加速到光速就會變成光子而且永遠無法退回為普通粒子，就像猿進化為人類，人類就（假定）不可能再退化為猿。
B 填洞：根據之前可知，這個洞是個假洞。
組成物質的物體中存在光子，現在沒有見到過純粹由光子組成的物質（單獨可以說光子就是一種物質，αβγ等射線都是物質）。
光速是在首先確定了長度基準與時間基準後，通過測量得到的。光子從物質中跑出來後就是光速，其中的原因科學家們都在尋找。
還有一個光的粒子理論與波動理論的幾百年爭議，各有實驗依據。愛因斯坦採用的擱置爭議，互不得罪的辦法，提出了波粒二象性理論，就是他只求能夠解釋運動現象，不求解釋的是不是有理了思想體現。現在看來。光的粒子說與波動理論只是描述對象不同得出來的不同結論。使用波動理論需要虛擬一個媒介以太。具體敘述可以看看我寫的《波粒二象性新解釋》
一、光子能組成物質麼？
能！
已經有大牛說了光子氣體，我再說一個傳說中的「光子分子」吧。
2013年，由哈佛大學的Mikhail Lukin和MIT的Vladan Vuletic領導的小組與哈佛大學MIT超冷原子中心的同事合作，設法誘使光子結合在一起形成分子。這項工作在被刊登在《Nature》雜誌上。
這種神奇的物質形態來源於一種叫做「裏德堡封鎖」的效應，研究人員創造了一種原子的介質，讓兩個光子在介質中互相「推拉」，表現為像一個分子。
這種東西有什麼用呢？
誰知道呢？也許可以用作量子計算機？用光子取代電子？是不是另一種可能性？
但科學家開玩笑的說：也許這更可以用於做影片《星球大戰》裏的光劍，如下：
二、光子是本身就存在的？(從它出生時就是光子)還是說原本是普通粒子後來被某種加速後變成了光子？
光子可以由很多種方式產生：
1，原子內電子躍遷；（焰色反應）
2，帶電粒子做加速運動時輻射出光子；（微波爐）
3，正反物質湮滅；（各種科幻小說）
4，各種基本粒子碰撞；
5，核輻射；（伽馬刀）
……
三、後面的問題
光子就是光子，普通物質無法被加速到光速。你可以這麼理解，按照狹義相對論，速度越快，質量越大。要把物質加速到接近光速需要接近無限大的能量，你把宇宙都湮滅了也不可能。
參考：
1，https://www.nature.com/articles/s41566-018-0317-y
2，https://www.sciencedaily.com/releases/2013/09/130925132323.htm
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