Når du først hører det, kan ideen om, at lys kan have masse virke latterlig, men hvis det ikke har masse, hvorfor påvirkes lyset af tyngdekraften? Hvordan kunne noget uden masse siges at have fart? Disse to fakta om lys og de "lyspartikler", der kaldes fotoner, kan få dig til at tænke to gange. Det er rigtigt, at fotoner ikke har inertiemasse eller relativistisk masse, men der er mere i historien end bare det grundlæggende svar.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Fotoner har ingen inertiemasse og ingen relativistisk masse. Eksperimenter har dog vist, at fotoner har fart. Særlig relativitet forklarer denne effekt teoretisk.
Tyngdekraften påvirker fotoner på en måde, der svarer til, hvordan den påvirker materien. Newtons gravitationsteori ville forbyde dette, men eksperimentelle resultater, der bekræfter den, tilføjer stærk støtte til Einsteins generelle relativitetsteori.
Fotoner har ingen inertiemasse og ingen relativistisk masse
Træghedsmasse er massen som defineret i Newtons anden lov:-en =
Ifølge Einsteins teori om speciel relativitet får ethvert objekt med hvilemasse relativistisk masse når det stiger i momentum, og hvis noget når lysets hastighed, ville det have været uendeligt masse. Så har fotoner uendelig masse, fordi de bevæger sig med lysets hastighed? Da de aldrig kommer til hvile, giver det mening, at de ikke kunne betragtes som hvilemasse. Uden hvilemasse kan den ikke øges som andre relativistiske masser, og det er derfor, lys er i stand til at rejse så hurtigt.
Dette producerer et konsistent sæt fysiske love, der stemmer overens med eksperimenter, så fotoner har ingen relativistisk masse og ingen inertiemasse.
Fotoner har fart
Ligningens = mvdefinerer klassisk momentum, hvorser momentum,mer masse ogver hastighed. Dette fører til den antagelse, at fotoner ikke kan have momentum, fordi de ikke har masse. Resultater som de berømte Compton Scattering-eksperimenter viser imidlertid, at de har momentum, så forvirrende som det ser ud til. Hvis du skyder fotoner på en elektron, spredes de fra elektronerne og mister energi på en måde, der er i overensstemmelse med bevarelsen af momentum. Dette var et af de vigtigste bevismateriale, som forskere brugte til at bilægge tvisten om, hvorvidt lys opførte sig som en partikel såvel som en bølge nogle gange.
Einsteins generelle energiudtryk giver en teoretisk forklaring på, hvorfor dette er sandt:
E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2 + m_ {hvile} ^ 2c ^ 2
I denne ligningcrepræsenterer lysets hastighed ogmhvile er resten masse. Fotoner har dog ikke hvilemasse. Dette omskriver ligningen som:
E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2
Eller mere simpelt:
p = \ frac {E} {c}
Dette viser, at højenergifotoner har mere momentum, som du ville forvente.
Lys påvirkes af tyngdekraften
Tyngdekraften ændrer lysets gang på samme måde som den ændrer løbet af almindelig materie. I Newtons teori om tyngdekraft påvirkede kraften kun ting med inertimasse, men generel relativitet er forskellig. Materie vrider rumtid, hvilket betyder, at ting, der rejser i lige linjer, tager forskellige stier i nærværelse af buet rumtid. Dette påvirker stof, men det påvirker også fotoner. Da forskere observerede denne effekt, blev det et nøglebevis for, at Einsteins teori var korrekt.