Коли ви вперше це чуєте, думка про те, що світло може мати масу, може здатися смішною, але якщо у нього немає маси, чому на світло впливає сила тяжіння? Як можна сказати, що щось без маси має імпульс? Ці два факти про світло та «частинки світла», які називаються фотонами, можуть змусити вас двічі подумати. Це правда, що фотони не мають інерційної маси або релятивістської маси, але в історії є не лише основна відповідь.
TL; ДР (занадто довгий; Не читав)
Фотони не мають інерційної маси і релятивістської маси. Експерименти продемонстрували, що фотони дійсно мають імпульс. Спеціальна теорія відносності пояснює цей ефект теоретично.
Гравітація впливає на фотони подібним чином, як це впливає на речовину. Теорія тяжіння Ньютона забороняла б це, але експериментальні результати, що підтверджують це, додають міцну підтримку теорії загальної відносності Ейнштейна.
Фотони не мають інерційної маси та релятивістської маси
Інерційна маса - це маса, визначена другим законом Ньютона:а = F / м. Ви можете сприймати це як опір об’єкта прискоренню при застосуванні сили. Фотони не мають такого опору і рухаються з максимально можливою швидкістю через космос - близько 300 000 кілометрів на секунду.
Згідно з теорією спеціальної теорії відносності Ейнштейна, будь-який об’єкт із масою спокою набирає релятивістської маси в міру збільшення імпульсу, і якби щось досягало швидкості світла, це мало б нескінченність маси. Отже, чи мають фотони нескінченну масу, тому що вони рухаються зі швидкістю світла? Оскільки вони ніколи не приїжджають відпочивати, має сенс, що їх не можна вважати масу відпочинку. Без маси відпочинку її неможливо збільшити, як інші релятивістські маси, і саме тому світло може так швидко подорожувати.
Це створює послідовний набір фізичних законів, що узгоджується з експериментами, тому фотони не мають релятивістської маси та інерційної маси.
Фотони мають імпульс
Рівняннястор = mvвизначає класичний імпульс, десторце імпульс,мє масою іv- це швидкість. Це призводить до припущення, що фотони не можуть мати імпульсу, оскільки вони не мають маси. Однак такі результати, як відомі експерименти з розсіювання Комптона, показують, що вони мають імпульс, настільки заплутаним, наскільки це здається. Якщо ви знімаєте фотони в електрон, вони розсіюються від електронів і втрачають енергію таким чином, що відповідає збереженню імпульсу. Це було одним із ключових доказів, за допомогою якого вчені вирішували суперечку щодо того, чи поводиться світло як частинка, а також як хвиля.
Загальний вираз енергії Ейнштейна пропонує теоретичне пояснення, чому це правда:
E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2 + m_ {відпочинок} ^ 2c ^ 2
У цьому рівнянніcпредставляє швидкість світла імвідпочинок - маса відпочинку. Однак фотони не мають маси спокою. Це переписує рівняння як:
E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2
Або, простіше:
p = \ frac {E} {c}
Це показує, що фотони з більшою енергією мають більший імпульс, як і слід було очікувати.
На світло впливає сила тяжіння
Сила тяжіння змінює хід світла так само, як і шлях звичайної речовини. У теорії тяжіння Ньютона сила впливала лише на речі з інерційною масою, але загальна теорія відносності відрізняється. Матерія деформує простір-час, це означає, що речі, що прямують по прямих лініях, рухаються різними шляхами за наявності криволінійного простору-часу. Це впливає на речовину, але впливає і на фотони. Коли вчені спостерігали цей ефект, це стало ключовим свідченням того, що теорія Ейнштейна була правильною.