Amikor először hallja, nevetségesnek tűnhet az a gondolat, hogy a fénynek lehet tömege, de ha nincs tömege, akkor miért hat a fényre a gravitáció? Hogyan lehetne azt mondani, hogy valami tömeg nélkül van lendület? Ez a két tény a fényről és a fotonoknak nevezett „fényrészecskékről” kétszer is elgondolkodtathatja. Igaz, hogy a fotonoknak nincs inerciális tömege vagy relativisztikus tömege, de a történetben több is van, mint csak ez az alapvető válasz.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
A fotonoknak nincs inerciális és relativisztikus tömege. A kísérletek bebizonyították, hogy a fotonoknak mégis van lendületük. A speciális relativitáselmélet elméletileg magyarázza ezt a hatást.
A gravitáció hasonló módon hat a fotonokra, mint az anyagra. Newton gravitációs elmélete ezt megtiltaná, de az ezt megerősítő kísérleti eredmények erős támogatást nyújtanak Einstein általános relativitáselméletéhez.
A fotonoknak nincs inerciális és relativista tömege
A tehetetlenségi tömeg az a tömeg, amelyet Newton második törvénye határoz meg:
Einstein speciális relativitáselmélete szerint bármely nyugalmi tömegű tárgy relativisztikus tömeget nyer ahogy lendülete növekszik, és ha valami eléri a fénysebességet, akkor végtelen lenne tömeg. Tehát a fotonoknak végtelen tömege van, mert fénysebességgel haladnak? Mivel soha nem jönnek pihenni, van értelme, hogy nem lehet őket úgy tekinteni, hogy pihenő tömegük lenne. Nyugalmi tömeg nélkül nem lehet növelni, mint más relativista tömegeket, és ezért a fény képes ilyen gyorsan utazni.
Ez következetes fizikai törvényeket hoz létre, amelyek egyetértenek a kísérletekkel, így a fotonoknak nincs relativisztikus és inerciális tömege.
A fotonok lendülete van
Az egyenleto = mvmeghatározza a klasszikus lendületet, ahololendület,mtömeges ésva sebesség. Ez ahhoz a feltételezéshez vezet, hogy a fotonoknak nem lehet lendületük, mert nincs tömegük. Az olyan eredmények, mint a híres Compton Scattering kísérletek azonban azt mutatják, hogy lendületük van, bármennyire zavarónak tűnik. Ha fotonokat lő egy elektronra, azok szétszóródnak az elektronokból és energiát veszítenek a lendület megőrzésével összhangban. Ez volt az egyik legfontosabb bizonyíték, amelyet a tudósok arra használtak, hogy eldöntsék azt a vitát, hogy a fény úgy viselkedett-e, mint egy részecske, valamint néha hullám.
Einstein általános energiakifejezése elméleti magyarázatot kínál arra, hogy ez miért igaz:
E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2 + m_ {rest} ^ 2c ^ 2
Ebben az egyenletbenca fénysebességet képviseli ésmpihenés a többi tömeg. A fotonoknak azonban nincs nyugalmi tömege. Ez az egyenletet így írja át:
E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2
Vagy egyszerűbben:
p = \ frac {E} {c}
Ez azt mutatja, hogy a magasabb energiájú fotonok nagyobb lendülettel bírnak, ahogyan azt elvárhatjuk.
A fényt a gravitáció befolyásolja
A gravitáció ugyanúgy megváltoztatja a fény menetét, mint a hétköznapi anyag menetét. Newton gravitációs elméletében az erő csak tehetetlenségi tömegű dolgokra hatott, de az általános relativitáselmélet más. Az anyag vetíti a téridőt, ami azt jelenti, hogy az egyenes vonalban haladó dolgok különböző utakat járnak el az ívelt téridő jelenlétében. Ez hatással van az anyagra, de a fotonokra is. Amikor a tudósok megfigyelték ezt a hatást, kulcsfontosságú bizonyíték lett einstein elméletének helyességéről.