Hogyan lehet a foton tömegtelen?

Itt nagyon szépen le van írva :)

[link]

A tömeg-energia-impulzus összefüggés a következőt mondja:

E^2 / c^2 = m^2 * c^2 + p^2

Amiben:

* E: energia

* c: fénysebesség (konstans)

* m: nyugalmi tömeg

* p: impulzus

Látható, hogy ha a test tömege nulla, akkor az E = c*p egyenletet kapjuk.

Ha a rendszer nyugalmi állapotban van, azaz a sebesség nulla, akkor az impulzus elhagyható, hiszen az is nulla. Megkapjuk az E = m*c^2 egyenletet.

"Ha tömegtelen, akkor az e=mcc egyenlet szerint energiája csak 0 pehet"

Fenéket.

Az E=m*c^2 az energia-tömeg ekvivalencia, vagyis pl. azt mutatja, hogy ha tömeg megsemmisül, mondjk antianyagos annihilációban, akkor mennyi energia szabadul fel (fotonok formájában, szóval ott az energia a fotonban).

Nem azt jelenti, hogy egy adott tárgy akármilyen energiája annyi, mint a tömege.

"tömeg nélkül pedig mozgási energiája is 0"

Az éppenséggel az.

De ez nem jelenti azt, hogy nincs energiája.

Csak épp nem mozgási.

Kicsit bonyolítja a dolgot, hogy foton lendületéről viszont szoktunk beszélni.

Ehhez a hordozott energiájához valóban az E=m*c^2 alapján lehet "virtuálisan" tömeget rendelni.

Ebből számolható a fénynyomás, amit pl. egy napvitorlára kifejt.

De itt nincs valós tömeg.

Általános tévhit, hogy a fotonra azért nem hathat a gravitáció, mert nincs tömege.

Ez abból a félreértésből származik, hogy a gravitációt továbbra is a newtoni modell alapján értelmezik, holott tudjuk, hogy az csak egy "fenomenológiai" közelítés.

A gravitáció ma helyesnek tekintett elmélete az általános relativitáselmélet. Eszerint pedig a gravitáció a téridő görbülete, a gravitáció hatása alatt mozgó tárgyak, illetve az elektromágneses sugárzás is, a görbült téridő egyenesein, ún. geodetikus pályákon mozognak. A gravitációs térben való mozgás ugyanis nem függ a tömegtől, és magát Einsteint is ez a felismerés vezette a gravitáció geometrizálásához. A gravitációs hatás a gravitáció forrása által a téridő szerkezetében előidézett speciális geometriának köszönhető, és egy kis test, vagy egy fénysugár egyszerűen leköveti ezt a szerkezetet. Nem a tömege révén hat tehát kölcsön a gravitáció forrásával, hanem a gravitáció forrása az, ami a téridő szerkezetét meghatározza, és ebben az adott szerkezetű téridőben kiszámítható geodetikus pályákon mozog minden, ami megközelíti a gravitácó forrását.

(Persze ez csak abban az esetben igaz, ha a test kis tömegű vagy kis energiájú, és nem hat vissza a gravitációs térre, azaz a saját gravitációs hatása elhanyagolható. Két fekete lyuk összeolvadásánál már nem ez a helyzet. Viszont egy fénysugárnak egy csillag melletti elhaladásánál igen.)

Az E=m*c^2 egyenlet a tömeg és energia ekvivalenciáját jelenti, és speciális esete az E^2 = m^2*c^4 + p^2*c^2 egyenletnek a p=0 esetben, vagyis amikor a vonatkoztatási rendszer együtt mozog azzal a testtel, amire ezt az egyenletet alkalmazzuk.

Foton esetén azonban nincs ilyen együtt mozgó vonatkoztatási rendszer, azaz nem tudunk "ráülni" a fotonra, mert a fénysebességgel mozgó inerciarendszer fogalma a fizikában nem létezik. Ezért ezt az egyenletet sem lehet ilyen formán a fotonra alkalmazni, és emiatt egyedül egy fotonnak nem tudunk tömeget tulajdonítani. Vagyis a tömege nulla.

Azonban az egyenletnek van egy olyan olvasata is (és ez az igazán forradalmi benne), hogy egy rendszer tömegét eszerint nem más jelenti, mint a nyugalmi energiája, azaz minden olyan folyamat, amely a rendszer belső struktúrájából adódóan annak részét képezi és energiát hordoz, hozzájárul a rendszer tömegéhez.

Tehát ha pl. van egy zárt, belülről ideális tükrökkel ellátott dobozunk, amelyben egy darab foton energiaveszteség nélkül "pattog" oda-vissza a tükrök között, akkor ennek a fotonnak az energiája járulékot ad a doboz tömegéhez, mégpedig az E = m*c^2 egyenletnek megfelelően. Tehát ha a foton energiája E = h*f (ahol h a Planck-állandó, f pedig a frekvencia), akkor a doboz tömege m = E/c^2 = h*f/c^2-tel lesz nagyobb ahhoz képest, mintha nem lenne benne a foton. Ezt szó szerint úgy kell érteni, hogy ha rátennénk egy nagyon érzékeny mérlegre, akkor a mérleg tényleg ennyivel többet mutatna ahhoz képest, mintha egy tök üres dobozt tennénk rá.

Ilyen értelemben tehát lehet a fotonnak az általa hordozott energián keresztül tömeget tulajdonítani, de azt le kell szögezni, hogy magának a fotonnak viszont nincs tömege. A tömeg fogalma ugyanis a nyugalmi vonatkoztatási rendszerhez kötött fogalom (mivel a relativitáselméletben csak a nyugalmi tömegnek van értelme), és ezt csak a dobozra tudjuk értelmezni, de külön a fotonra nem.

Kis kiegészítés az 5-ös számú válaszomhoz:

Az E = m*c^2 egyenlet egy következménye az is, hogy a tömeg lényegében másodlagos jelentőségű az energiához képest, mivel az energia az, ami lokálisan (tehát nem a teljes Világegyetemre értelmezve) megmarad, és nem a tömeg. A tömegmegmaradás sokáig a kémiában is alapvető szerepet játszott, és kis energiájú folyamatokban - mint amilyenek az atomi és molekuláris elektronhéjak változásával jellemezhető hétköznapi kémiai folyamatok - közelítőleg jól is teljesül, azonban szigorú értelemben véve nem marad meg, és ez alapján, valamint a tömeg-energia ekvivalencia 5-ös válaszban kifejtett értelmezése alapján az energia az, amit a kettő közül alapvetőbb mennyiségnek tekinthetünk.

Így utólag már az sem meglepő, hogy a fotonnak van energiája, de nincs tömege. A foton esetében az energia az impulzussal áll kapcsolatban - amely úgyszintén annak ellenére értelmezhető, hogy a fotonnak nincs tömege, és ez egyben azt is jelenti, hogy - bár fizikatörténetileg a tömeg és sebesség szorzataként lett definiálva - az impulzus is alapvetőbb fogalom a tömegnél, mert az impulzus megmarad, a tömeg nem.

Kezdetben volt az ige...

Joban tetszik németül: "Im Anfang war das Wort"

Az igéből származik a világ.

Szabályok vannak. pl: a légellenálás a sebesség négyzetével nő. Azért hogyha a fejedre esik egy vízcsepp az szétterüljön a fejeden és ne a talpadon távozzon a testedből. Miért pont a négyzetével? Nem straoálta túl Isten magát. Tömeg nélküli részecskék, amik kapásból fénysebességgel startolnak. Gravitáció a világ összes atomja között. Rossz Sci Fi. Gravitációs hullámokkal magyarázzák dollár milliárdokért. Annyiért én is találnék. Térgörbülettel, de amikor megkérdezed vadmalactól, hogyha a fejed fölé kötök egy téglát miért nem görbül, ha elvágom a medzagot miért? És honnét jön az energia ami szétlocsantja az agyvelődet egy szofisztikált hülye vagy válaszra futja.

#9

Nagyképűség helyett inkább tanulj fizikát. Akkor nem kérdeznél és nem írnál ostobaságokat.