De verklaring dat de restmassa van een foton nul is, is geen gevolg van alleen kwantummechanica. Het is een fundamentele eigendom van fotonen die voortvloeien uit zowel speciale relativiteitstheorie als kwantumveldtheorie. Laten we het afbreken:

1. Speciale relativiteitstheorie:

* Energie-momentumrelatie: De speciale relativiteit van Einstein heeft de beroemde vergelijking e² =(mc²) ² + (pc) ² vastgesteld, waarbij E energie is, m massa is, c is de snelheid van het licht en p is momentum.

* fotonen reizen altijd met de snelheid van het licht: Fotonen zijn massaloze deeltjes, wat betekent dat ze altijd met de snelheid van het licht reizen. Dit is een fundamentele eigenschap van fotonen, niet iets afgeleid van de kwantummechanica.

* nul rustmassa: Als een foton rustmassa had (m ≠ 0), zou de energie ervan oneindig zijn omdat de snelheid altijd c is. Omdat we fotonen met eindige energie observeren, moeten ze geen rustmassa hebben.

2. Quantum Field Theory:

* kwantumvelden: In de kwantumveldtheorie worden fotonen beschreven als excitaties van het elektromagnetische veld. Dit veld is gekwantiseerd, wat betekent dat de energie alleen kan komen in discrete pakketten die fotonen worden genoemd.

* Masseloze excitaties: Het elektromagnetische veld, zoals beschreven in de kwantumveldtheorie, is een massaloos veld. Daarom zijn de excitaties (fotonen) ook massaal.

Samenvattend:

De nul rustmassa van fotonen is niet alleen een gevolg van de kwantummechanica, maar een fundamentele eigenschap die voortkomt uit de combinatie van speciale relativiteitstheorie en kwantumveldtheorie. Het is een resultaat van hun unieke aard als massaseloze deeltjes die altijd met de snelheid van het licht reizen en excitaties zijn van een massaleloos veld.

Belangrijke opmerking: Hoewel de rustmassa van een foton nul is, heeft het nog steeds energie en momentum, die gerelateerd zijn aan de frequentie en golflengte. Dit komt omdat fotonen geen stationaire deeltjes zijn; Ze bewegen altijd met de snelheid van het licht.