เนื้อหา
- TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
- โฟตอนไม่มีมวลเฉื่อยและไม่มีมวลสัมพัทธภาพ
- โฟตอนมีโมเมนตัม
- แสงได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วง
เมื่อคุณได้ยินเป็นครั้งแรกความคิดที่ว่าแสงอาจมีมวลอาจดูไร้สาระ แต่ถ้ามันไม่มีมวลทำไมแสงจึงได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วง จะมีบางสิ่งที่ไม่มีมวลพูดได้อย่างไรว่ามีแรงผลักดัน? ข้อเท็จจริงสองข้อเกี่ยวกับแสงและ“ อนุภาคของแสง” ที่เรียกว่าโฟตอนอาจทำให้คุณคิดสองครั้ง เป็นความจริงที่โฟตอนไม่มีมวลเฉื่อยหรือมวลสัมพันธ์ แต่มีเรื่องราวมากกว่าคำตอบทั่วไป
TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
โฟตอนไม่มีมวลเฉื่อยและไม่มีความสัมพันธ์กัน การทดลองแสดงให้เห็นว่าโฟตอนมีแรงผลักดัน ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษอธิบายผลกระทบนี้ในทางทฤษฎี
แรงโน้มถ่วงมีผลต่อโฟตอนในลักษณะคล้ายกับที่มันส่งผลต่อสสาร ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตันจะห้ามสิ่งนี้ แต่ผลการทดลองยืนยันว่าเป็นการเพิ่มการสนับสนุนที่แข็งแกร่งสำหรับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein
โฟตอนไม่มีมวลเฉื่อยและไม่มีมวลสัมพัทธภาพ
มวลเฉื่อยคือมวลที่กำหนดโดยกฎข้อที่สองของนิวตัน: = F / ม.. คุณสามารถคิดได้ว่านี่เป็นความต้านทานของวัตถุต่อความเร่งเมื่อมีการใช้แรง โฟตอนไม่มีความต้านทานและการเดินทางด้วยความเร็วที่เร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในอวกาศ - ประมาณ 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที
ตามทฤษฏีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์วัตถุใด ๆ ที่มีมวลส่วนที่เหลือจะได้รับมวลสัมพัทธภาพเพิ่มขึ้นเมื่อมันเพิ่มโมเมนตัมและหากมีบางสิ่งที่จะไปถึงความเร็วแสง ดังนั้นโฟตอนมีมวลอนันต์เพราะเดินทางด้วยความเร็วแสงหรือไม่ เนื่องจากพวกเขาไม่เคยหยุดพักมันทำให้รู้สึกว่าพวกเขาไม่สามารถถูกมองว่ามีมวลได้ หากไม่มีมวลที่เหลือจะไม่สามารถเพิ่มขึ้นได้เช่นมวลสัมพันธ์อื่น ๆ และนี่คือสาเหตุที่แสงสามารถเดินทางได้อย่างรวดเร็ว
สิ่งนี้สร้างชุดของกฎทางกายภาพที่สอดคล้องกันซึ่งเห็นด้วยกับการทดลองดังนั้นโฟตอนจึงไม่มีมวลสัมพัทธภาพและไม่มีแรงเฉื่อย
โฟตอนมีโมเมนตัม
สมการ พี = mv กำหนดโมเมนตัมคลาสสิกที่ไหน พี โมเมนตัม ม. คือมวลและ โวลต์ คือความเร็ว สิ่งนี้นำไปสู่การสันนิษฐานว่าโฟตอนไม่สามารถมีแรงกระตุ้นได้เนื่องจากพวกเขาไม่มีมวล อย่างไรก็ตามผลลัพธ์เช่นการทดลอง Scattering Compton ที่มีชื่อเสียงแสดงให้เห็นว่าพวกเขามีแรงกระตุ้นเช่นเดียวกับที่ทำให้สับสน ถ้าคุณยิงโฟตอนที่อิเล็กตรอนพวกมันจะกระจายออกจากอิเล็กตรอนและสูญเสียพลังงานในลักษณะที่สอดคล้องกับการอนุรักษ์โมเมนตัม นี่เป็นหนึ่งในชิ้นส่วนสำคัญของหลักฐานที่นักวิทยาศาสตร์เคยใช้ในการระงับข้อพิพาทว่าแสงนั้นมีพฤติกรรมเหมือนอนุภาคหรือเป็นคลื่นในบางครั้ง
การแสดงออกด้านพลังงานทั่วไปของ Einstein เสนอคำอธิบายเชิงทฤษฎีว่าทำไมเรื่องนี้ถึงเป็นจริง:
E2 = พี2ค2 + ม.ส่วนที่เหลือ2ค2
ในสมการนี้ ค แสดงถึงความเร็วของแสงและ ม.ส่วนที่เหลือ คือมวลที่เหลือ อย่างไรก็ตามโฟตอนไม่มีมวลส่วนที่เหลือ สิ่งนี้จะเขียนสมการใหม่เป็น:
E2 = พี2ค2
หรือมากกว่านั้น:
พี = E / ค
นี่แสดงให้เห็นว่าโฟตอนพลังงานสูงมีโมเมนตัมมากขึ้นอย่างที่คุณคาดไว้
แสงได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วง
แรงโน้มถ่วงจะเปลี่ยนเส้นทางของแสงในลักษณะเดียวกันกับที่มันเปลี่ยนแปลงวิถีของวัตถุธรรมดา ในทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตันแรงที่เกิดขึ้นนั้นมีผลกับมวลเฉื่อยเท่านั้น แต่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปนั้นแตกต่างกัน เรื่องอวกาศแปรปรวนซึ่งหมายความว่าสิ่งที่เดินทางเป็นเส้นตรงใช้เส้นทางที่แตกต่างกันในการปรากฏตัวของกาลอวกาศโค้ง สิ่งนี้มีผลต่อสสาร แต่ก็มีผลต่อโฟตอนด้วย เมื่อนักวิทยาศาสตร์สังเกตผลกระทบนี้มันก็กลายเป็นหลักฐานชิ้นสำคัญที่ว่าทฤษฎีของ Einstein นั้นถูกต้อง