როდესაც პირველად მოისმენთ, იდეა იმის შესახებ, რომ სინათლეს შეიძლება ჰქონდეს მასა, შეიძლება სასაცილოდ მოგეჩვენოთ, მაგრამ თუ მას არ აქვს მასა, რატომ განიცდის შუქს გრავიტაცია? როგორ შეიძლება ითქვას, რომ მასის გარეშე მყოფ იმპულსს აქვს? ამ ორმა ფაქტმა სინათლისა და ”სინათლის ნაწილაკების” შესახებ, რომლებსაც ფოტონები უწოდეს, შეიძლება ორჯერ დააფიქროთ. მართალია, ფოტონებს არ აქვთ ინერციული მასა ან რელატივისტური მასა, მაგრამ სიუჟეტში უფრო მეტი რამ არის, ვიდრე მხოლოდ ეს ძირითადი პასუხი.
TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)
ფოტონებს არა აქვთ ინერციული მასა და არც ფარდობითი მასა. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ფოტონს იმპულსი აქვს. სპეციალური ფარდობითობა ამ ეფექტს თეორიულად ხსნის.
გრავიტაცია გავლენას ახდენს ფოტონებზე ისე, როგორც მატერიაზე. ნიუტონის გრავიტაციის თეორია ამას კრძალავდა, მაგრამ მისი დამადასტურებელი ექსპერიმენტული შედეგები ძლიერ მხარდაჭერას უქმნის აინშტაინის ზოგადი ფარდობითობის თეორიას.
ფოტონებს არა აქვთ ინერციული მასა და არც რელატივისტული მასა
ინერციული მასა არის მასა, როგორც ეს განსაზღვრულია ნიუტონის მეორე კანონით:
აინშტაინის სპეციალური ფარდობითობის თეორიის თანახმად, დანარჩენი მასის მქონე ნებისმიერი ობიექტი იძენს რელატივისტურ მასას როგორც ის იზრდება იმპულსში და თუ რამე მიაღწევდა სინათლის სიჩქარეს, მას უსასრულო ექნებოდა მასა ასე რომ, აქვთ თუ არა ფოტონს უსასრულო მასა, რადგან ისინი სინათლის სიჩქარით მოძრაობენ? მას შემდეგ, რაც ისინი არასდროს ჩამოდიან დასასვენებლად, ლოგიკურია, რომ მათ არ შეიძლება ჩაითვალოს დასვენების მასა. დანარჩენი მასის გარეშე, ის არ შეიძლება გაიზარდოს, როგორც სხვა რელატივისტური მასები, და ამიტომ სინათლეს შეუძლია ასე სწრაფად იმოგზაუროს.
ეს აწარმოებს ფიზიკურ კანონთა თანმიმდევრულ წყობას, რომლებიც ეთანხმება ექსპერიმენტებს, ამიტომ ფოტონს არა აქვს რელატივისტური მასა და არც ინერციული მასა.
ფოტოებს აქვთ იმპულსი
განტოლებაგვ = მვგანსაზღვრავს კლასიკურ იმპულსს, სადგვარის იმპულსი,მარის მასა დავარის სიჩქარე. ეს იწვევს დაშვებას, რომ ფოტონს არ შეუძლია იმპულსი ჰქონდეს, რადგან მასა არ აქვს. ამასთან, ისეთი ცნობილი შედეგები, როგორიცაა Compton Scattering– ის ცნობილი ექსპერიმენტები, აჩვენებს, რომ მათ ნამდვილად აქვთ იმპულსი, ისეთივე გაუგებარია, როგორც ჩანს. თუ ელექტრონებს ისვრით ელექტრონზე, ისინი ელექტრონებიდან იფანტებენ და ენერგიას კარგავენ იმპულსის შენარჩუნებასთან შესაბამისობაში. ეს იყო ერთ – ერთი მთავარი მტკიცებულება, რომელიც მეცნიერებმა გამოიყენეს დავის მოსაგვარებლად, იქცეოდა თუ არა სინათლე ნაწილაკად და ზოგჯერ ტალღად.
აინშტაინის ზოგადი ენერგიის გამოხატვა გთავაზობთ თეორიულ ახსნას, თუ რატომ არის ეს სიმართლე:
E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2 + m_ {დანარჩენი} ^ 2c ^ 2
ამ განტოლებაშიგწარმოადგენს სინათლის სიჩქარეს დამდაისვენე არის დანარჩენი მასა. ამასთან, ფოტონებს არ აქვთ მოსვენების მასა. ეს ახდენს განტოლების გადაწერას შემდეგნაირად:
E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2
ან, უფრო მარტივად:
p = \ frac {E} {c}
ეს გვიჩვენებს, რომ უფრო მაღალი ენერგიის ფოტონებს უფრო მეტი იმპულსი აქვთ, როგორც თქვენ მოელოდით.
სინათლეზე გავლენას ახდენს გრავიტაცია
გრავიტაცია ცვლის სინათლის კურსს ისე, როგორც ცვლის ჩვეულებრივი მატერიის კურსს. ნიუტონის გრავიტაციის თეორიაში ძალა მხოლოდ გავლენას ახდენდა ინერციული მასით, მაგრამ ზოგადი ფარდობითობა განსხვავებულია. მატერია ახასიათებს სივრცის დროს, რაც იმას ნიშნავს, რომ სწორი ხაზებით მოძრავი საგნები სხვადასხვა ბილიკებს გადიან მრუდიანი სივრცის არსებობის დროს. ეს გავლენას ახდენს მატერიაზე, მაგრამ ასევე მოქმედებს ფოტონებზე. როდესაც მეცნიერებმა დააკვირდნენ ამ ეფექტს, ეს გახდა მთავარი მტკიცებულება იმისა, რომ აინშტაინის თეორია სწორი იყო.