Имају ли фотони масу?

Садржај

• ТЛ; ДР (Предуго; нисам прочитао)
• Фотони немају никакву инерцијалну масу нити релативистичку масу
• Фотони имају момент
• Светлост утиче гравитација

Кад га први пут чујете, идеја да би светлост могла имати масу може изгледати смешно, али ако нема масу, зашто на светлост утиче гравитација? Како се може рећи да нешто без масе има замах? Ове две чињенице о светлости и „честицама светлости“ које се називају фотони можда ће вас два пута размислити. Тачно је да фотони немају инерцијалну масу или релативистичку масу, али прича има више од само основног одговора.

ТЛ; ДР (Предуго; нисам прочитао)

Фотони немају инерцијалну масу и немају релативистичку масу. Експерименти су показали да фотон ипак има замах. Специјална релативност теоријски објашњава овај ефекат.

Гравитација утиче на фотоне на начин сличан начину на који утичу на материју. Њутонова теорија гравитације би то забранила, али експериментални резултати који то потврђују додају снажну подршку Еинстеиновој теорији опште релативности.

Фотони немају никакву инерцијалну масу нити релативистичку масу

Инерцијална маса је маса како је дефинисано Њутоновим другим законом: а = Ф / м. Можете то сматрати отпором објекта на убрзање када се примењује сила. Фотони немају такав отпор и путују најбржом могућом брзином кроз свемир - око 300.000 километара у секунди.

Према Аинстеиновој теорији специјалне релативности, сваки објект са масом мировања добија релативистичку масу како се повећава у моменту, а кад би нешто достигло брзину светлости, имало би бесконачну масу. Дакле, да ли фотони имају бесконачну масу јер путују брзином светлости? Пошто се никада не одмарају, има смисла да се за њих не може сматрати да имају масу одмора. Без масе за одмор не може се повећати као остале релативистичке масе и зато је светлост способна тако брзо да путује.

Ово ствара конзистентни скуп физичких закона који се слажу са експериментима, тако да фотони немају релативистичку масу и не инерцијалну масу.

Фотони имају момент

Једначина п = мв дефинише класични замах, где п је замах, м је маса и в је брзина. Ово доводи до претпоставке да фотони не могу да имају замах јер немају масу. Међутим, резултати попут чувених експеримената Цомптон Сцаттеринг-а показују да и они имају замах, колико год изгледали збуњујући. Ако снимате фотоне на један електрон, они се распршују од електрона и губе енергију на начин који је у складу са очувањем замаха. Ово је био један од кључних доказа који су научници користили за решавање спора о томе да ли се светлост понаша као честица, као и талас.

Аинстеинов општи енергетски израз нуди теоретско објашњење зашто је то истина:

Е² = п²ц² + м_{почивај}²ц²

У овој једначини, ц представља брзину светлости и м_{почивај} је остала маса. Међутим, фотони немају масу одмора. Ово једначину преписује као:

Е² = п²ц²

Или, једноставније:

п = Е / ц

То показује да фотони с вишом енергијом имају више замаха, као што бисте очекивали.

Светлост утиче гравитација

Гравитација мења ток светлости на исти начин као што то мења ток обичне материје. У Невтоновој теорији гравитације сила је утицала само на ствари са инерцијалном масом, али општа релативност је другачија. Материја изобличава просторно време, што значи да ствари које путују равним линијама иду различитим путевима у присуству закривљеног простора. То утиче на материју, али утиче и на фотоне. Када су научници приметили овај ефекат, постао је кључни доказ да је Аинстеинова теорија тачна.