science >> Wetenschap >  >> Fysica

Hebben fotonen missen?

Wanneer je het voor het eerst hoort, lijkt het idee dat licht massa zou kunnen hebben, belachelijk, maar als het geen massa heeft, waarom wordt licht dan beïnvloed door de zwaartekracht? Hoe zou iets zonder massa het momentum

= mv
definieert klassiek momentum, waarbij p
is momentum, m
is massa en v
is snelheid. Dit leidt tot de aanname dat fotonen geen momentum kunnen hebben omdat ze geen massa hebben. Uit resultaten zoals de beroemde Compton Scattering-experimenten blijkt echter dat ze wel momentum hebben, hoe verwarrend dat ook lijkt. Als je fotonen op een elektron schiet, verspreiden ze zich van de elektronen en verliezen ze energie op een manier die overeenkomt met het behoud van het momentum. Dit was een van de belangrijkste bewijsstukken die wetenschappers gebruikten om het geschil te beslechten over de vraag of licht zich soms gedroeg als een deeltje en soms als een golf.

Einstein's algemene energie-uitdrukking biedt een theoretische verklaring waarom dit waar is:

E

2

= p
2 c
2 + m
rest 2 c
2

In deze vergelijking, c
staat voor de snelheid van het licht en m
rest is de rustmassa. Fotonen hebben echter geen rustmassa. Dit herschrijft de vergelijking als:

E

2

= p
< sup> 2 c
2

Of, eenvoudiger:

p

= E
/ c

Dit toont aan dat fotonen met hogere energie meer momentum hebben, zoals je zou verwachten.

Licht wordt beïnvloed door zwaartekracht

Zwaartekracht verandert de loop van het licht op dezelfde manier als het de loop van de gewone materie verandert. In Newton's theorie van de zwaartekracht, beïnvloedde de kracht alleen dingen met trage massa, maar de algemene relativiteit is anders. Materie vervormt de ruimtetijd, wat betekent dat dingen die in rechte lijnen reizen verschillende paden aannemen in de aanwezigheid van gebogen ruimtetijd. Dit heeft invloed op de materie, maar het heeft ook invloed op fotonen. Toen wetenschappers dit effect opmerkten, werd het een belangrijk bewijsstuk dat de theorie van Einstein correct was.