İlk duyduğunuzda, ışığın kütlesi olabileceği fikri saçma gelebilir, ancak kütlesi yoksa, ışık neden yerçekiminden etkilenir? Kütlesi olmayan bir şeyin momentumu olduğu nasıl söylenebilir? Işık ve foton adı verilen “ışık parçacıkları” hakkındaki bu iki gerçek, sizi iki kez düşündürebilir. Fotonların eylemsizlik kütlesi veya göreli kütlesi olmadığı doğrudur, ancak hikayede sadece bu temel cevaptan daha fazlası var.
TL; DR (Çok Uzun; Okumadım)
Fotonların eylemsizlik kütlesi ve göreli kütlesi yoktur. Deneyler, fotonların momentuma sahip olduğunu gösterdi. Özel görelilik bu etkiyi teorik olarak açıklar.
Yerçekimi, maddeyi nasıl etkilediğine benzer şekilde fotonları etkiler. Newton'un yerçekimi teorisi bunu yasaklar, ancak bunu doğrulayan deneysel sonuçlar, Einstein'ın genel görelilik teorisine güçlü bir destek sağlar.
Fotonların Atalet Kütlesi ve Göreli Kütlesi Yoktur
Eylemsizlik kütlesi, Newton'un ikinci yasası tarafından tanımlanan kütledir:bir = F / m. Bunu, bir kuvvet uygulandığında cismin ivmelenmeye karşı gösterdiği direnç olarak düşünebilirsiniz. Fotonların böyle bir direnci yoktur ve uzayda mümkün olan en yüksek hızda – saniyede yaklaşık 300.000 kilometre – seyahat ederler.
Einstein'ın özel görelilik kuramına göre, durgun kütlesi olan herhangi bir nesne göreli kütle kazanır. momentumu arttıkça ve eğer bir şey ışık hızına ulaşacak olsaydı, sonsuz kitle. Peki, fotonlar ışık hızında hareket ettikleri için sonsuz kütleye sahipler mi? Asla dinlenmeye gelmedikleri için, dinlenme kütlesi olarak kabul edilmemeleri mantıklıdır. Dinlenme kütlesi olmadan, diğer göreli kütleler gibi artırılamaz ve bu nedenle ışık bu kadar hızlı hareket edebilir.
Bu, deneylerle uyumlu tutarlı bir dizi fiziksel yasa üretir, bu nedenle fotonların göreli kütlesi ve eylemsizlik kütlesi yoktur.
Fotonların Momentumu Vardır
denklemp = mvklasik momentumu tanımlar, buradapmomentumdur,mkütledir vevhızdır. Bu, fotonların kütleleri olmadığı için momentuma sahip olamayacakları varsayımına yol açar. Bununla birlikte, ünlü Compton Saçılımı deneyleri gibi sonuçlar, göründüğü kadar kafa karıştırıcı bir ivmeye sahip olduklarını göstermektedir. Bir elektrona fotonlar çekerseniz, elektronlardan saçılırlar ve momentumun korunumuna uygun bir şekilde enerji kaybederler. Bu, bilim adamlarının ışığın bazen bir dalga gibi bazen de bir parçacık gibi davranıp davranmadığı konusundaki anlaşmazlığı çözmek için kullandıkları önemli kanıtlardan biriydi.
Einstein'ın genel enerji ifadesi, bunun neden doğru olduğuna dair teorik bir açıklama sunar:
E^2=p^2c^2+m_{dinlenme}^2c^2
Bu denklemde,cışık hızını temsil eder vemdinlenme kalan kütledir. Ancak fotonların dinlenme kütlesi yoktur. Bu denklemi şu şekilde yeniden yazar:
E^2=p^2c^2
Veya daha basit olarak:
p=\frac{E}{c}
Bu, daha yüksek enerjili fotonların beklediğiniz gibi daha fazla momentuma sahip olduğunu gösterir.
Işık Yerçekiminden Etkilenir
Yerçekimi, ışığın gidişatını sıradan maddenin gidişatını değiştirdiği gibi değiştirir. Newton'un yerçekimi teorisinde, kuvvet sadece atalet kütlesi olan şeyleri etkiledi, ancak genel görelilik farklıdır. Madde uzay-zamanı büker, bu da düz çizgilerde hareket eden şeylerin eğri uzay-zaman varlığında farklı yollar izlediği anlamına gelir. Bu maddeyi etkiler ama aynı zamanda fotonları da etkiler. Bilim adamları bu etkiyi gözlemlediğinde, Einstein'ın teorisinin doğru olduğuna dair önemli bir kanıt haline geldi.