Pirmo reizi to dzirdot, ideja, ka gaismai varētu būt masa, var šķist smieklīga, bet, ja tai nav masas, kāpēc gaismu ietekmē gravitācija? Kā varētu teikt, ka kaut kam bez masas ir impulss? Šie divi fakti par gaismu un “gaismas daļiņām”, ko sauc par fotoniem, varētu likt padomāt divreiz. Ir taisnība, ka fotoniem nav inerciālas vai relatīvistiskas masas, taču stāstā ir vairāk nekā tikai šī pamata atbilde.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Fotoniem nav inerciālas masas un relatīvistiskas masas. Eksperimenti ir parādījuši, ka fotoniem tomēr ir impulss. Īpašā relativitāte teorētiski izskaidro šo efektu.
Gravitācija ietekmē fotonus līdzīgi tam, kā tas ietekmē matēriju. Ņūtona gravitācijas teorija to aizliegtu, taču eksperimentu rezultāti, kas to apstiprina, spēcīgi atbalsta Einšteina vispārējās relativitātes teoriju.
Fotoniem nav inerciālas masas un nav relatīvistiskas masas
Inerciālā masa ir masa, kā definēts Ņūtona otrajā likumā:a = F / m. Jūs to varat uzskatīt par objekta pretestību paātrinājumam, kad tiek piemērots spēks. Fotoniem nav šādas pretestības, un tie pārvietojas ar visātrāko iespējamo ātrumu kosmosā - aptuveni 300 000 kilometru sekundē.
Saskaņā ar Einšteina īpašās relativitātes teoriju jebkurš objekts ar atpūtas masu iegūst relatīvistisko masu pieaugot impulsam, un, ja kaut kas sasniegtu gaismas ātrumu, tam būtu bezgalīgi daudz masa. Tātad, vai fotoniem ir bezgalīga masa, jo tie pārvietojas ar gaismas ātrumu? Tā kā viņi nekad nenāk atpūsties, ir loģiski, ka viņus nevar uzskatīt par atpūtas masām. Bez atpūtas masas to nevar palielināt tāpat kā citas relatīvistiskās masas, un tāpēc gaisma spēj tik ātri pārvietoties.
Tas rada konsekventu fizisko likumu kopumu, kas piekrīt eksperimentiem, tāpēc fotoniem nav relatīvistiskas masas un inerces masas.
Fotoniem ir impulss
Vienādojumslpp = mvnosaka klasisko impulsu, kurlppir impulss,mir masa unvir ātrums. Tas noved pie pieņēmuma, ka fotoniem nevar būt impulss, jo tiem nav masas. Tomēr tādi rezultāti kā slavenie Compton Scattering eksperimenti rāda, ka tiem ir impulss, tikpat mulsinoši, kā šķiet. Ja jūs fotografējat fotonus pie elektrona, tie izkliedējas no elektroniem un zaudē enerģiju tādā veidā, kas atbilst impulsa saglabāšanai. Tas bija viens no galvenajiem pierādījumiem, ko zinātnieki izmantoja, lai atrisinātu strīdu par to, vai gaisma reizēm izturējās kā daļiņa, kā arī vilnis.
Einšteina vispārējā enerģijas izteiksme piedāvā teorētisku skaidrojumu, kāpēc tā ir taisnība:
E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2 + m_ {pārējais} ^ 2c ^ 2
Šajā vienādojumācattēlo gaismas ātrumu unmatpūsties ir pārējā masa. Tomēr fotoniem nav atpūtas masas. Tas pārraksta vienādojumu kā:
E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2
Vai vienkāršāk:
p = \ frac {E} {c}
Tas parāda, ka augstākas enerģijas fotoniem ir lielāks impulss, kā jūs varētu sagaidīt.
Gaismu ietekmē gravitācija
Gravitācija maina gaismas gaitu tāpat kā parastās vielas gaitu. Ņūtona gravitācijas teorijā spēks ietekmēja tikai lietas ar inerciālu masu, bet vispārējā relativitāte ir atšķirīga. Matērija deformē kosmosa laiku, kas nozīmē, ka lietas, kas ceļo pa taisnām līnijām, izliektā kosmosa klātbūtnē iet pa dažādiem ceļiem. Tas ietekmē matēriju, bet ietekmē arī fotonus. Kad zinātnieki novēroja šo efektu, tas kļuva par galveno pierādījumu tam, ka Einšteina teorija bija pareiza.
