처음 들었을 때 빛이 질량을 가질 수 있다는 생각은 우스꽝스러워 보일 수 있지만 질량이 없다면 왜 빛이 중력의 영향을받을까요? 질량이없는 것이 어떻게 추진력을 가진다고 말할 수 있습니까? 빛과 광자라고 불리는“빛의 입자”에 관한이 두 가지 사실은 여러분이 두 번 생각하게 만들 것입니다. 광자에 관성 질량이나 상대 론적 질량이 없다는 것은 사실이지만, 그 기본적인 대답 이상의 이야기가 있습니다.
TL; DR (너무 김; 읽지 않음)
광자는 관성 질량이없고 상대 론적 질량이 없습니다. 그러나 실험은 광자가 운동량을 가지고 있음을 보여주었습니다. 특수 상대성 이론은이 효과를 이론적으로 설명합니다.
중력은 물질에 미치는 영향과 유사한 방식으로 광자에 영향을 미칩니다. 뉴턴의 중력 이론은이를 금지 할 것이지만, 이를 확인하는 실험 결과는 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 강력하게 뒷받침합니다.
광자는 관성 질량이없고 상대 론적 질량이 없음
관성 질량은 뉴턴의 제 2 법칙에 의해 정의 된 질량입니다.ㅏ = 에프 / 미디엄. 힘이 적용될 때 가속에 대한 오브젝트의 저항으로 생각할 수 있습니다. 광자는 그러한 저항이 없으며 가능한 가장 빠른 속도 (초당 약 300,000km)로 이동합니다.
아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면 나머지 질량을 가진 물체는 상대주의 질량을 얻습니다. 운동량이 증가함에 따라 어떤 것이 빛의 속도에 도달하면 무한한 질량. 그렇다면 광자는 빛의 속도로 이동하기 때문에 질량이 무한할까요? 휴식을 취하지 않기 때문에 휴식 질량이있는 것으로 간주 할 수없는 것이 합리적입니다. 휴식 질량이 없으면 다른 상대주의 질량처럼 증가 할 수 없습니다. 이것이 빛이 그렇게 빨리 이동할 수있는 이유입니다.
이것은 실험과 일치하는 일련의 일관된 물리 법칙을 생성하므로 광자는 상대 론적 질량과 관성 질량이 없습니다.
광자는 운동량을 가짐
방정식피 = mv고전적인 운동량을 정의합니다.피추진력입니다.미디엄질량이고V속도입니다. 이것은 광자가 질량이 없기 때문에 운동량을 가질 수 없다는 가정으로 이어집니다. 그러나 유명한 Compton Scattering 실험과 같은 결과는 그것이 보이는 것처럼 혼란스럽고 추진력이 있음을 보여줍니다. 전자에 광자를 쏘면 전자에서 흩어져 운동량 보존과 일치하는 방식으로 에너지를 잃습니다. 이것은 과학자들이 빛이 때때로 파동뿐만 아니라 입자처럼 행동하는지에 대한 논쟁을 해결하기 위해 사용한 주요 증거 중 하나였습니다.
Einstein의 일반적인 에너지 표현은 이것이 사실 인 이유에 대한 이론적 설명을 제공합니다.
E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2 + m_ {rest} ^ 2c ^ 2
이 방정식에서씨빛의 속도를 나타내고미디엄쉬다 나머지 질량입니다. 그러나 광자는 나머지 질량이 없습니다. 이것은 방정식을 다음과 같이 다시 작성합니다.
E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2
또는 더 간단하게 :
p = \ frac {E} {c}
이것은 더 높은 에너지의 광자가 예상대로 더 많은 운동량을 가지고 있음을 보여줍니다.
빛은 중력의 영향을받습니다
중력은 일반 물질의 경로를 변경하는 것과 같은 방식으로 빛의 경로를 변경합니다. 뉴턴의 중력 이론에서 힘은 관성 질량이있는 것들에만 영향을 미쳤지 만 일반 상대성 이론은 다릅니다. 물질은 시공간을 왜곡합니다. 즉, 직선으로 이동하는 사물은 곡선 시공간이 존재하는 상황에서 다른 경로를 취합니다. 이것은 물질에 영향을 주지만 광자에도 영향을 미칩니다. 과학자들이이 효과를 관찰했을 때 아인슈타인의 이론이 옳다는 증거의 핵심이되었습니다.