最初に聞いたとき、光に質量があるという考えはばかげているように見えるかもしれませんが、質量がない場合、なぜ光は重力の影響を受けるのでしょうか。 質量のないものに勢いがあるとはどういうことでしょうか。 光と光子と呼ばれる「光の粒子」に関するこれらの2つの事実は、あなたに考えさせられるかもしれません。 光子が慣性質量や相対論的質量を持っていないのは事実ですが、物語にはその基本的な答え以上のものがあります。
TL; DR（長すぎる; 読んでいない）
光子には慣性質量も相対論的質量もありません。 しかし、実験は光子が勢いを持っていることを示しました。 特殊相対性理論はこの効果を理論的に説明しています。
重力は、物質に影響を与えるのと同じように光子に影響を与えます。 ニュートンの重力理論はこれを禁じていますが、それを確認する実験結果は、アインシュタインの一般相対性理論の強力な支持を追加します。
光子には慣性質量も相対論的質量もありません
慣性質量は、ニュートンの第2法則で定義されている質量です。a = F / m. これは、力が加えられたときの加速に対するオブジェクトの抵抗と考えることができます。 光子にはそのような抵抗はなく、宇宙を可能な限り速い速度で移動します–毎秒約300,000キロメートル。
アインシュタインの特殊相対性理論によると、静止質量を持つオブジェクトは相対論的質量を獲得します 勢いが増すにつれて、そして何かが光速に達するとしたら、それは無限大になるでしょう 質量。 それで、光子は光速で移動するので、無限の質量を持っていますか？ 彼らは決して休むことはないので、彼らが休息量を持っていると見なすことができなかったことは理にかなっています。 静止質量がないと、他の相対論的質量のように増加させることはできません。そのため、光は非常に速く移動することができます。
これにより、実験と一致する一貫した一連の物理法則が生成されるため、光子には相対論的質量や慣性質量がありません。
光子には勢いがある
方程式p = mv古典的な勢いを定義します。p勢いです、m質量であり、vスピードです。 これは、光子には質量がないため、運動量を持たないという仮定につながります。 しかし、有名なコンプトン散乱実験などの結果は、それが思われるほど混乱しているように、それらが勢いを持っていることを示しています。 電子に光子を発射すると、それらは電子から散乱し、運動量の保存と一致する方法でエネルギーを失います。 これは、科学者が光が粒子のように振る舞うのか、波のように振る舞うのかという論争を解決するために使用した重要な証拠の1つでした。
アインシュタインの一般的なエネルギー表現は、これが真実である理由の理論的説明を提供します。
E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2 + m_ {rest} ^ 2c ^ 2
この方程式では、c光速を表し、m残り 残りの質量です。 ただし、フォトンには静止質量がありません。 これにより、方程式は次のように書き直されます。
E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2
または、もっと簡単に：
p = \ frac {E} {c}
これは、予想どおり、高エネルギーの光子の運動量が大きいことを示しています。
光は重力の影響を受けます
重力は、通常の物質の進路を変えるのと同じように、光の進路を変えます。 ニュートンの重力理論では、力は慣性質量を持つものにのみ影響を及ぼしましたが、一般相対性理論は異なります。 物質は時空を歪めます。つまり、直線で移動するものは、曲がった時空の存在下で異なる経路をたどります。 これは物質に影響しますが、フォトンにも影響します。 科学者がこの効果を観察したとき、それはアインシュタインの理論が正しいことの重要な証拠になりました。