Esimest korda kuuldes võib mõte, et valgusel võib olla mass, tunduda naeruväärne, kuid kui tal pole massi, siis miks mõjutab valgus raskusjõud? Kuidas saaks öelda, et millelgi ilma massita on hoogu? Need kaks fakti valguse ja valguse osakeste kohta, mida nimetatakse footoniteks, võivad panna teid kaks korda mõtlema. On tõsi, et footonitel ei ole inertsiaalset ega relativistlikku massi, kuid loos on midagi enamat kui ainult see põhivastus.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Footonitel puudub inertsiaalne mass ja relativistlik mass. Katsed on näidanud, et footonitel on siiski hoog sees. Erirelatiivsusteooria seletab seda mõju teoreetiliselt.
Gravitatsioon mõjutab footoneid sarnaselt sellele, kuidas see mõjutab ainet. Newtoni gravitatsiooniteooria keelaks selle, kuid seda kinnitavad eksperimentaalsed tulemused lisavad tugevat tuge Einsteini üldrelatiivsusteooriale.
Footonitel puudub inertsiaalne mass ja relativistlik mass
Inertsimass on mass, nagu on määratletud Newtoni teises seaduses:a = F /
m. Võite seda mõelda kui objekti vastupanuvõimet kiirendusele jõu rakendamisel. Footonitel puudub selline vastupanu ja nad liiguvad läbi kosmose võimalikult kiiresti - umbes 300 000 kilomeetrit sekundis.Einsteini erirelatiivsusteooria järgi saab iga puhke massiga objekt relativistliku massi kui see hooga suureneb ja kui miski peaks jõudma valguse kiiruseni, oleks see lõpmatu mass. Kas footonitel on lõpmatu mass, kuna nad liiguvad valguskiirusel? Kuna nad ei tule kunagi puhkama, on mõistlik, et neid ei saa pidada puhkemassiks. Ilma puhkemassita ei saa seda suurendada nagu teisi relativistlikke masse ja seetõttu on valgus võimeline nii kiiresti edasi liikuma.
Nii saadakse järjepidev füüsikaliste seaduste kogum, mis nõustub eksperimentidega, seega pole footonitel relativistlikku ja inertsiaalset massi.
Photonitel on hoog
Võrrandlk = mvmääratleb klassikalise impulsi, kuslkon hoog,mon mass javon kiirus. See viib eelduseni, et footonitel ei saa hoogu olla, kuna neil pole massi. Kuid sellised tulemused nagu kuulsad Comptoni hajutamise katsed näitavad, et neil on hoog, nii segane kui see tundub. Kui tulistate footoneid elektronile, hajuvad need elektronidelt ja kaotavad energiat viisil, mis on kooskõlas hoogu säilitama. See oli üks peamisi tõendeid, mida teadlased kasutasid vaidluse lahendamiseks, kas valgus käitus nii osakese kui ka mõnikord lainena.
Einsteini üldine energiaväljend annab teoreetilise selgituse, miks see tõsi on:
E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2 + m_ {ülejäänud} ^ 2c ^ 2
Selles võrrandisctähistab valguse kiirust jampuhata on ülejäänud mass. Kuid footonitel pole puhkemassi. See kirjutab võrrandi ümber järgmiselt:
E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2
Või lihtsamalt öeldes:
p = \ frac {E} {c}
See näitab, et suurema energiaga footonitel on rohkem hoogu, nagu võite arvata.
Valgust mõjutab gravitatsioon
Gravitatsioon muudab valguse kulgu samamoodi nagu tavalise aine kulgu. Newtoni gravitatsiooniteoorias mõjutas jõud ainult inertsiaalse massiga asju, kuid üldrelatiivsusteooria on erinev. Aine tõmbab aegruumi, mis tähendab, et sirgjoonel liikuvad asjad lähevad kõvera aegruumi olemasolul erinevat rada. See mõjutab ainet, kuid mõjutab ka footoneid. Kui teadlased seda efekti täheldasid, sai sellest peamine tõend Einsteini teooria õige kohta.