Περιεχόμενο
- TL · DR (Πολύ μακρύ;
- Τα φωτόνια δεν έχουν αδρανειακή μάζα και καμία σχετική μάζα
- Τα φωτόνια έχουν ορμή
- Το φως επηρεάζεται από τη βαρύτητα
Όταν το ακούσετε για πρώτη φορά, η ιδέα ότι το φως θα μπορούσε να έχει μάζα μπορεί να φαίνεται γελοία, αλλά αν δεν έχει μάζα, γιατί το φως επηρεάζεται από τη βαρύτητα; Πώς θα μπορούσε να λεχθεί ότι κάτι χωρίς μάζα έχει ορμή; Αυτά τα δύο γεγονότα σχετικά με το φως και τα "σωματίδια φωτός" που ονομάζονται φωτόνια μπορεί να σας κάνουν να σκεφτείτε δύο φορές. Είναι αλήθεια ότι τα φωτόνια δεν έχουν αδρανειακή μάζα ή σχετικιστική μάζα, αλλά υπάρχουν περισσότερα για την ιστορία απ 'ό, τι ακριβώς αυτή η βασική απάντηση.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Τα φωτόνια δεν έχουν αδρανειακή μάζα και δεν έχουν σχετικιστική μάζα. Τα πειράματα έχουν δείξει ότι τα φωτόνια έχουν ορμή, όμως. Η ειδική σχετικότητα εξηγεί αυτήν την επίδραση θεωρητικά.
Η βαρύτητα επηρεάζει τα φωτόνια με τρόπο παρόμοιο με τον τρόπο που επηρεάζει την ύλη. Η θεωρία της βαρύτητας του Νεύτωνα θα απαγορεύσει αυτό, αλλά τα πειραματικά αποτελέσματα που την επιβεβαιώνουν προσθέτουν ισχυρή υποστήριξη στη θεωρία γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Τα φωτόνια δεν έχουν αδρανειακή μάζα και καμία σχετική μάζα
Η αδρανειακή μάζα είναι η μάζα όπως ορίζεται από τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα: ένα = φά / Μ. Μπορείτε να το σκεφτείτε αυτό ως αντίσταση του αντικειμένου στην επιτάχυνση όταν εφαρμόζεται μια δύναμη. Τα φωτόνια δεν έχουν τέτοια αντίσταση και ταξιδεύουν με την ταχύτερη δυνατή ταχύτητα μέσω του χώρου - περίπου 300.000 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο.
Σύμφωνα με τη θεωρία της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, κάθε αντικείμενο με μάζα ανάπαυσης κερδίζει τη σχετικιστική μάζα καθώς αυξάνει την ορμή, και αν κάτι φθάσει στην ταχύτητα του φωτός, θα έχει άπειρη μάζα. Έτσι, τα φωτόνια έχουν άπειρη μάζα επειδή ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός; Δεδομένου ότι δεν έρχονται ποτέ να ξεκουραστούν, είναι λογικό ότι δεν θα μπορούσαν να θεωρηθούν ότι έχουν μάζα ανάπαυσης. Χωρίς μάζα ανάπαυσης, δεν μπορεί να αυξηθεί όπως και άλλες σχετικιστικές μάζες και αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το φως είναι ικανό να ταξιδέψει τόσο γρήγορα.
Αυτό παράγει ένα συνεκτικό σύνολο φυσικών νόμων που συμφωνούν με πειράματα, έτσι ώστε τα φωτόνια δεν έχουν σχετικιστική μάζα και δεν έχουν αδρανειακή μάζα.
Τα φωτόνια έχουν ορμή
Η εξίσωση Π = mv ορίζει την κλασική ορμή, όπου Π είναι ορμή, Μ είναι μάζα και v είναι η ταχύτητα. Αυτό οδηγεί στην παραδοχή ότι τα φωτόνια δεν μπορούν να έχουν δυναμική επειδή δεν έχουν μάζα. Ωστόσο, τα αποτελέσματα όπως τα διάσημα πειράματα Compton Scattering δείχνουν ότι έχουν ορμή, όπως είναι μπερδεμένα. Εάν πυροβολείτε φωτόνια σε ένα ηλεκτρόνιο, διασκορπίζονται από τα ηλεκτρόνια και χάνουν ενέργεια με τρόπο συμβατό με τη διατήρηση της ορμής. Αυτό ήταν ένα από τα βασικά στοιχεία των επιστημόνων που χρησιμοποίησαν για να διευθετήσουν τη διαφορά ως προς το αν το φως συμπεριφέρθηκε σαν ένα σωματίδιο καθώς και ένα κύμα μερικές φορές.
Η γενική ενεργειακή έκφραση του Αϊνστάιν προσφέρει μια θεωρητική εξήγηση του γιατί αυτό είναι αλήθεια:
μι2 = Π2ντο2 + Μυπόλοιπο2ντο2
Στην εξίσωση αυτή, ντο αντιπροσωπεύει την ταχύτητα του φωτός και Μυπόλοιπο είναι η υπόλοιπη μάζα. Ωστόσο, τα φωτόνια δεν έχουν μάζα ανάπαυσης. Αυτό επαναδιατυπώνει την εξίσωση ως:
μι2 = Π2ντο2
Ή, πιο απλά:
Π = μι / ντο
Αυτό δείχνει ότι τα φωτόνια υψηλότερης ενέργειας έχουν μεγαλύτερη ορμή, όπως θα περίμενε κανείς.
Το φως επηρεάζεται από τη βαρύτητα
Η βαρύτητα μεταβάλλει την πορεία του φωτός με τον ίδιο τρόπο που αλλάζει την πορεία της συνηθισμένης ύλης. Στη θεωρία της βαρύτητας του Νεύτωνα, η δύναμη επηρέασε μόνο τα πράγματα με αδρανειακή μάζα, αλλά η γενική σχετικότητα είναι διαφορετική. Το Matter στρέφει το χωροχρόνο, πράγμα που σημαίνει ότι τα πράγματα που ταξιδεύουν σε ευθείες γραμμές παίρνουν διαφορετικά μονοπάτια παρουσία καμπυλωμένου χωροχρόνου. Αυτό επηρεάζει την ύλη, αλλά επηρεάζει επίσης τα φωτόνια. Όταν οι επιστήμονες παρατήρησαν αυτό το αποτέλεσμα, έγινε ένα βασικό στοιχείο που αποδεικνύει ότι η θεωρία του Αϊνστάιν ήταν σωστή.