Када га први пут чујете, идеја да светлост може имати масу може изгледати смешно, али ако нема масу, зашто на светлост делује гравитација? Како би се могло рећи да нешто без масе има замах? Ове две чињенице о светлости и „честицама светлости“ које се зову фотони могу вас навести да добро размислите. Тачно је да фотони немају инерцијалну масу или релативистичку масу, али у причи има више од самог основног одговора.
ТЛ; ДР (предуго; Нисам прочитао)
Фотони немају инерцијалну масу и релативистичку масу. Експерименти су показали да фотони ипак имају замах. Посебна релативност теоретски објашњава овај ефекат.
Гравитација делује на фотоне на начин сличан ономе како утиче на материју. Њутнова теорија гравитације би то забранила, али експериментални резултати који је потврђују додају снажну подршку Ајнштајновој теорији опште релативности.
Фотони немају инерцијалну масу и релативистичку масу
Инерцијална маса је маса како је дефинисана другим Њутновим законом:а = Ф / м. Ово можете сматрати отпором објекта на убрзање када се примењује сила. Фотони немају такав отпор и путују најбржом могућом брзином кроз свемир - око 300.000 километара у секунди.
Према Ајнштајновој теорији посебне релативности, сваки објекат са масом одмора добија релативистичку масу како се повећава замах, и ако би нешто постигло брзину светлости, било би бесконачно миса. Дакле, да ли фотони имају бесконачну масу јер путују брзином светлости? Будући да се никада не одмарају, логично је да се не може сматрати да имају масу за одмор. Без масе за одмор, она се не може повећати као друге релативистичке масе и зато је светлост способна да путује тако брзо.
Ово даје доследан сет физичких закона који се слажу са експериментима, тако да фотони немају релативистичку масу и инерцијалну масу.
Фотони имају замах
Једначинастр = мвдефинише класични замах, гдестрје замах,мје маса ивје брзина. То доводи до претпоставке да фотони не могу имати замах јер немају масу. Међутим, резултати попут чувених експеримената са Цомптон Сцаттеринг-ом показују да они имају замах, ма колико то збуњујуће изгледало. Ако фотоне пуцате на електрон, они се расипају од електрона и губе енергију на начин који је у складу са очувањем импулса. Ово је био један од кључних доказа који су научници користили да реше спор око тога да ли се светлост понекад понашала као честица, као и талас.
Ајнштајнов општи енергетски израз нуди теоријско објашњење зашто је то истина:
Е ^ 2 = п ^ 2ц ^ 2 + м_ {одмор} ^ 2ц ^ 2
У овој једначини,цпредставља брзину светлости имодморити се је маса одмора. Међутим, фотони немају масу одмора. Ово преписује једначину као:
Е ^ 2 = п ^ 2ц ^ 2
Или, једноставније:
п = \ фрац {Е} {ц}
То показује да фотони више енергије имају већи замах, као што бисте очекивали.
На светлост утиче гравитација
Гравитација мења ток светлости на исти начин на који мења ток обичне материје. У Њутновој теорији гравитације сила делује само на ствари са инерцијалном масом, али општа релативност је другачија. Материја искривљује простор-време, што значи да ствари које путују правим линијама иду различитим путевима у присуству закривљеног простор-времена. Ово утиче на материју, али утиче и на фотоне. Када су научници приметили овај ефекат, постао је кључни доказ да је Ајнштајнова теорија била тачна.