Съдържание
- TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
- Фотоните нямат инерционна маса и няма релативистка маса
- Фотоните имат инерция
- Светлината се влияе от гравитацията
Когато го чуете за пръв път, идеята, че светлината може да има маса, може да изглежда смешна, но ако тя няма маса, защо светлината се влияе от гравитацията? Как би могло да се каже, че нещо без маса има инерция? Тези два факта за светлината и „частиците светлина“, наречени фотони, може да ви накарат да се замислите. Вярно е, че фотоните нямат инерционна маса или релативистка маса, но в историята има повече от този основен отговор.
TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
Фотоните нямат инерционна маса и няма релативистка маса. Експерименти показват, че фотоните имат скорост. Специалната относителност обяснява този ефект теоретично.
Гравитацията влияе на фотоните по начин, подобен на това как влияе върху материята. Теорията на гравитацията на Нютон би забранила това, но експерименталните резултати, потвърждаващи това, добавят силна подкрепа за теорията на Айнщайн за обща относителност.
Фотоните нямат инерционна маса и няма релативистка маса
Инерциалната маса е масата, както е дефинирана от втория закон на Нютон: а = F / m, Можете да мислите за това като съпротива на обекта срещу ускорение, когато се прилага сила. Фотоните нямат такова съпротивление и пътуват с възможно най-бързата скорост през космоса - около 300 000 километра в секунда.
Според теорията на Айнщайн за специална относителност, всеки обект с маса на покой набира релативистка маса, тъй като се увеличава с инерция и ако нещо би достигнало скоростта на светлината, ще има безкрайна маса. Значи фотоните имат безкрайна маса, защото пътуват със скоростта на светлината? Тъй като те никога не си почиват, има смисъл, че не може да се счита, че имат маса за почивка. Без маса за почивка, тя не може да бъде увеличена като другите релативистки маси и затова светлината е способна да пътува толкова бързо.
Това произвежда последователен набор от физически закони, които са съгласни с експериментите, така че фотоните нямат релативистка маса и инерционна маса.
Фотоните имат инерция
Уравнението р = MV определя класическия импулс, където р е инерция, m е маса и V е скорост. Това води до предположението, че фотоните не могат да имат скорост, тъй като нямат маса. Въпреки това, резултати като известните експерименти с разсейване на Compton показват, че те имат импулс, толкова объркващи, колкото изглежда. Ако снимате фотони в електрон, те се разпръскват от електроните и губят енергия по начин, съобразен със запазването на инерцията. Това беше едно от основните доказателства, използвани от учените, за да разрешат спора дали светлината се държи като частица, както и вълна понякога.
Общият израз на енергията на Айнщайн предлага теоретично обяснение защо това е вярно:
E2 = р2° С2 + mПочивка2° С2
В това уравнение, ° С представлява скоростта на светлината и mПочивка е останалата маса. Фотоните обаче нямат маса за почивка. Това пренаписва уравнението като:
E2 = р2° С2
Или по-просто:
р = E / ° С
Това показва, че фотоните с по-висока енергия имат повече скорост, както бихте очаквали.
Светлината се влияе от гравитацията
Гравитацията променя хода на светлината по същия начин, както тя променя хода на обикновената материя. В теорията на гравитацията на Нютон, силата засяга само неща с инерционна маса, но общата относителност е различна. Материята изкривява пространственото време, което означава, че нещата, пътуващи по прави линии, поемат по различни пътища при наличие на извити пространствено време. Това засяга материята, но влияе и на фотоните. Когато учените наблюдават този ефект, той се превръща в ключово доказателство, че теорията на Айнщайн е вярна.