Tartalom
- TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
- A fotonoknak nincs semleges inerciális tömege, sem relativista tömege
- A fotonok lendületet adnak
- A fényt a gravitáció befolyásolja
Amikor először hallja, az a gondolat, hogy a fénynek tömege lehet, nevetségesnek tűnik, de ha nincs tömege, akkor miért érinti a fény a gravitáció? Hogyan lehet azt mondani, hogy valami tömeg nélkül lendületet ad? Ez a két tény a fényről és a fotonoknak nevezett „fényrészecskék” kétszer is gondolkodhat. Igaz, hogy a fotonok nem rendelkeznek tehetetlenségi tömeggel vagy relativista tömeggel, de a történetnek nemcsak az alapvető válasznak kell lennie.
TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
A fotonoknak nincs tehetetlenségi tömege és relativista tömege. A kísérletek kimutatták, hogy a fotonoknak lendületük van. A speciális relativitáselmélet ezt a hatást elméletileg magyarázza.
A gravitáció a fotonokat hasonló módon érinti, mint az anyagot. Newton gravitációs elmélete ezt tiltja, ám ezt megerősítő kísérleti eredmények erős támogatást adnak Einstein általános relativitáselmélet-elméletéhez.
A fotonoknak nincs semleges inerciális tömege, sem relativista tömege
Inerciális tömeg az a tömeg, amelyet Newton második törvénye határoz meg: egy = F / m. Ez úgy tekinthető, mint az objektum gyorsulásállósága, amikor erőt alkalmaznak. A fotonoknak nincs ilyen ellenállása, és a lehető leggyorsabb sebességgel haladnak az űrben - körülbelül 300 000 kilométer másodpercenként.
Einstein speciális relativitáselmélet-elmélete szerint minden, a pihenőmasszával rendelkező tárgy relativista tömeget szerez, mivel növekszik a lendület, és ha valami elérné a fénysebességet, akkor végtelen tömege lenne. Tehát a fotonok végtelen tömegűek-e, mert a fénysebességgel haladnak? Mivel soha nem pihennek, ésszerű, hogy nem lehetett volna úgy tekinteni, hogy pihenjen. Pihenőtömeg nélkül nem növelhető, mint más relativista tömegek, ezért a fény képes olyan gyorsan utazni.
Ez következetes fizikai törvényeket hoz létre, amelyek megegyeznek a kísérletekkel, tehát a fotonoknak nincs relativista tömege és inerciális tömege.
A fotonok lendületet adnak
Az egyenlet p = mv meghatározza a klasszikus lendületet, ahol p lendület, m tömeg és v a sebesség. Ez arra a feltevésre vezet, hogy a fotonoknak nem lehet lendületük, mert nincsenek tömegük. Azonban az olyan eredmények, mint például a híres Compton Scattering kísérletek, azt mutatják, hogy lendületük van, olyan zavaró, mint amilyennek látszik. Ha fotonokat elektronra lő, akkor szétszóródnak az elektronoktól és energiát veszítik a lendület megőrzésével összhangban. Ez volt az egyik legfontosabb bizonyíték, amelyet a tudósok használtak arra, hogy rendezzék a vitát arról, hogy a fény részecskékhez hasonlóan viselkedett-e, és néha hullámként is.
Einstein általános energia kifejezése elméleti magyarázatot ad arra, miért van ez igaz:
E2 = p2c2 + mpihenés2c2
Ebben az egyenletben c jelzi a fény sebességét és mpihenés a többi tömeg. A fotonoknak azonban nincs nyugalmi tömegük. Ez az egyenletet így írja át:
E2 = p2c2
Vagy egyszerűbben:
p = E / c
Ez azt mutatja, hogy a magasabb energiájú fotonoknak nagyobb lendületük van, ahogy számíthatnánk.
A fényt a gravitáció befolyásolja
A gravitáció ugyanúgy megváltoztatja a fény irányát, mint a rendes anyag útját. Newton gravitációs elméletében az erő csak a tehetetlenségi tömegű dolgokat érinti, de az általános relativitáselmélet más. Az anyag elveszíti a téridőt, ami azt jelenti, hogy az egyenes vonalban haladó dolgok görbe téridő jelenlétében különböző utakon haladnak. Ez érinti az anyagot, de a fotonokat is érinti. Amikor a tudósok megfigyelték ezt a hatást, kulcsfontosságú bizonyítékmá vált, hogy Einstein elmélete helyes.